[論文レビュー] EPOCHS I. The Discovery and Star Forming Properties of Galaxies in the Epoch of Reionization at $6.5 < z < 18$ with PEARLS and Public JWST data

Christopher J. Conselice, Nathan Adams+33 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、PEARLSおよび公開フィールドからのJWST NIRCamデータを用いた均一なリダクションにより、6.5 < z < 18の1165個の高赤方偏移銀河を発見・特性化し、さらにEPOCHSシリーズの解析を可能にする基本的な銀河特性とカタログを提供する。

ABSTRACT

We present in this paper the discovery, properties, and a catalog of 1165 high redshift $6.5 < z < 18$ galaxies found in deep JWST NIRCam imaging from the GTO PEARLS survey combined with data from JWST public fields. We describe our bespoke homogeneous reduction process and our analysis of these areas including the NEP, CEERS, GLASS, NGDEEP, JADES, and ERO SMACS-0723 fields with over 214 arcmin$^{2}$ imaged to depths of $\sim 30$ mag. We describe our rigorous methods for identifying these galaxies, involving the use of Lyman-break strength, detection significance criteria, visual inspection, and integrated photometric redshifts probability distributions predominately at high redshift. Our sample is a robust and highly pure collection of distant galaxies from which we also remove brown dwarf stars, and calculate completeness and contamination from simulations. We include a summary of the basic properties of these $z > 6.5$ galaxies, including their redshift distributions, UV absolute magnitudes, and star formation rates. Our study of these young galaxies reveals a wide range of stellar population properties as seen in their colors and SED fits which we compare to stellar population models, indicating a range of star formation histories, dust, AGN and/or nebular emission. We find a strong trend exists between stellar mass and $(U-V)$ color, as well as the existence of the `main-sequence' of star formation for galaxies as early as $z \sim 12$. This indicates that stellar mass, or an underlying variable correlating with stellar mass, is driving galaxy formation, in agreement with simulation predictions. We also discover ultra-high redshift candidates at $z > 12$ in our sample and describe their properties. Finally, we note a significant observed excess of galaxies compared to models at $z > 12$, revealing a tension between predictions and our observations.

研究の動機と目的

• 複数の深いフィールドに跨るJWST NIRCam観測像から z > 6.5 銀河の堅牢で均質なカタログを構築する。
• データリダクションパイプラインと均質化された解析を説明し、フィールド間の偏りと系統誤差を最小化する。
• シミュレーションによって完全性と混入率を評価し、EPOCHSシリーズの後続解析のためにサンプルの純度を保証する。

提案手法

• 未キャリブレーションのJWST NIRCamデータを特注のパイプラインで再処理し、フィールド間で均質な画像とカタログを作成する。
• F277W, F356W, F444Wの逆分散加重スタックを用いたデュアルイメージモードを採用し、源を検出し、0.32 arcsecの直径で強制アパーチャーフォトメトリを行う。
• 空アパーチャーを用いて場ごとの光度深さを算出し、NMADベースの局所深さ推定で現実的なフォトメトリック誤差を導く。
• 複数帯のJWSTデータと利用可能なHSTデータを組み合わせてフォトメトリック赤方偏移を計算し、z > 6.5候補を同定する。
• レンズ場の欠陥をマスクし、クラスター・モジュール源を除外して、ICLおよび強いレンズ効果の混入を回避する。
• 天体測定をGAIA DR3に固定し、画像アライメントを標準化して場を跨ぐ一貫性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深いJWSTフィールドで同定されたz > 6.5銀河の赤方偏移分布と数密度はどのようか。
• RQ2 これらの銀河の見かけの特性（UV光度、星形成質量、星形成率）は赤方偏移やフィールドごとにどのように変化するか。
• RQ3 採択基準を考慮したz > 6.5銀河サンプルの完全性と混入率はどの程度か。
• RQ4 これら初期時代における星形成の「主系列（main-sequence）」の証拠はあるか、そしてそれは恒星質量とどう関係するか。
• RQ5 最高赤方偏移で観測されたカウントは銀河形成の理論モデルとどのように比較されるか。

主な発見

• 均質なリダクションと選択パイプラインを用いて、11個の深いJWSTフィールドに跨る堅牢な1165個の高赤方偏移銀河サンプル（6.5 < z < 18）が特定された。
• 恒星質量と再計算フレームの色（U-V）との間に強い傾向があり、z ~ 12 まで広がる星形成の「主系列」の証拠がある。
• このサンプルは多様な星形成史、塵含有量、AGNおよび/または星間雲の放出効果を示す、広範な恒星集団を示している。
• 銀河形成モデルとの比較は、予測に対して最高赤方偏移（z > 12）で顕著な銀河の観測過剰を示す。
• 本データセットは、後続のEPOCHS論文におけるUV光度関数と恒星質量関数を構築するための基本的な基盤を提供する。
• 珍しく非常に高赤方偏移の候補（z > 12）はサンプルの一部として議論されている。