[論文レビュー] NGDEEP Epoch 1: The Faint-End of the Luminosity Function at $z \sim$ 9-12 from Ultra-Deep JWST Imaging

Gene C. K. Leung, Micaela B. Bagley+27 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、これまでで最も深い公開のJWST/NIRCam画像を提示し、F277Wで5σ深度がm = 30.4 AB magに達し、HUDF-Par2領域に38個の信頼性の高いz ≳9の銀河候補を特定した。赤方偏移z ∼9およびz ∼11における準拠フレームUVの輝度関数を測定し、明るさの端末傾き（α = −2.5 ± 0.4 at z ∼9、−2.2 ± 0.2 at z ∼11）に顕著な変化がないことが判明した。一部の理論的モデルは、明るい端よりも明るさの端末に近い銀河数をよりよく再現している。

ABSTRACT

We present a robust sample of very high-redshift galaxy candidates from the first epoch of {\it JWST}/NIRCam imaging from the Next Generation Extragalactic Exploratory Deep (NGDEEP) Survey. The NGDEEP NIRCam imaging in the Hubble Ultra Deep Field Parallel Field 2 (HUDF-Par2) reaches $m=30.4$ (5$σ$, point-source) in F277W, making it the deepest public {\it JWST} GO imaging dataset to date. We describe our detailed data reduction process of the six-filter broad-band {\it JWST}/NIRCam imaging, incorporating custom corrections for systematic effects to produce high-quality calibrated images. Using robust photometric redshift selection criteria, we identify a sample of 38 $z \gtrsim 9$ galaxy candidates. These objects span a redshift range of $z=8.5-15.8$, and apparent magnitudes of $m_\mathrm{F277W} = 27-30.5$ AB mag, reaching $\sim 1.5$ mag deeper than previous public {\it JWST} imaging surveys. We calculate the rest-frame ultraviolet (UV) luminosity function at $z \sim$ 9 and 11, and present a new measurement of the luminosity function faint-end slope at $z \sim 11$. There is no significant evolution in the faint-end slope and number density from $z=9$ to 11. Comparing our results with theoretical predictions, we find that some models produce better agreement at the faint end than the bright end. These results will help to constrain how stellar feedback impacts star formation at these early epochs.

研究の動機と目的

• 超深宇宙のJWST画像を用いて、z ∼9–12における銀河輝度関数の明るさの端末を調査すること。
• NGDEEP調査の初回観測データから、信頼性の高い高赤方偏移銀河候補を特定すること。
• z ∼9およびz ∼11における準拠フレームUV輝度関数とその明るさの端末傾きを測定すること。
• 観測された輝度関数を理論的モデルと比較し、初期銀河形成における星間物質の反動力の役割を評価すること。

提案手法

• 系統的効果を補正するためのカスタム補正を施した6フィルターのブロードバンドJWST/NIRCam画像の詳細なデータ還元を実施した。
• 信頼性の高い光度赤方偏移選別を適用し、超深宇宙画像からz ≳9の銀河候補を同定した。
• 観測されたUV輝度関数に二重パワーロー（DPL）関数をフィットさせ、明るさの端末傾きと数密度の進化を定量的に評価した。
• z ∼11における測定された輝度関数を、経験的外挿と物理的理論モデルと比較した。
• 高いダイナミックレンジの画像処理を用いて、3µm以上で明るく赤いコンパクトな源を検出。これは、ほこりに覆われた銀河または活動銀河核の可能性を示唆した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ∼9およびz ∼11におけるUV輝度関数の明るさの端末傾きは何か？また、これらの赤方偏移間で変化があるか？
• RQ2 z ≳9における明るさの端末の銀河の観測された数密度は、理論的予測とどのように比較されるか？
• RQ3 どの理論的モデルがz ∼11における観測された明るさの端末銀河数を最もよく再現するか？
• RQ4 星間物質の反動力のような物理的メカニズムは、明るさの端末におけるモデルと観測の乖離を説明できるか？
• RQ5 超深宇宙画像で検出された最も遠くで赤い源の性質は何か？

主な発見

• NGDEEP調査は、F277Wで5σ深度が30.4 AB magに達し、これまでで最も深い公開のJWST画像データセットとなった。
• mF277W = 27–30.5 AB mag、z = 8.5–15.8の範囲にまたがる、38個の信頼性の高いz ≳9の銀河候補が同定された。
• UV輝度関数の明るさの端末傾きは、z ∼9でα = −2.5 ± 0.4、z ∼11でα = −2.2 ± 0.2と測定され、顕著な進化は認められなかった。
• 星間物質の反動力を含む理論的モデルは、明るさの端末傾きの範囲を予測するが、一部のモデルはz ∼11における明るさの端末の銀河数密度を低く予測している。
• 3µm以上でコンパクトで赤い源が2つ発見され、これはほこりに覆われた銀河または準星系の活動の可能性を示唆した。