[論文レビュー] Spectroscopic Confirmation of CEERS NIRCam-selected Galaxies at $\boldsymbol{z \simeq 8-10}$

Pablo Arrabal Haro, Mark Dickinson+46 more|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 11

ひとこと要約

論文は JWST/NIRSpecプリズム分光を用いて z>8 の CEERS NIRCam 選択銀河を4つ確認し、発光線から redshift を 7.65–8.64、連続体のブレークから 9.77–10.01 を導出し、光度比色 redshift の信頼性と初期銀河集団への影響を評価する。

ABSTRACT

We present JWST/NIRSpec prism spectroscopy of seven galaxies selected from the Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) NIRCam imaging with photometric redshifts z_phot>8. We measure emission line redshifts of z=7.65 and 8.64 for two galaxies, and z=9.77(+0.37,-0.29) and 10.01(+0.14,-0.19) for two others via the detection of continuum breaks consistent with Lyman-alpha opacity from a mostly neutral intergalactic medium. The presence (absense) of strong breaks (strong emission lines) give high confidence that these two galaxies are at z>9.6, but the break-derived redshifts have large uncertainties given the low spectral resolution and relatively low signal-to-noise of the CEERS NIRSpec prism data. The two z~10 sources are relatively luminous (M_UV<-20), with blue continua (-2.38 candidates with CEERS NIRSpec spectroscopy do not have secure redshifts, but the absence of emission lines in their spectra is consistent with redshifts z>9.6. We find that z>8 photometric redshifts are generally in agreement (within uncertainties) with the spectroscopic values. However, the photometric redshifts tend to be slightly overestimated (average Delta(z)=0.50+/-0.12), suggesting that current templates do not fully describe the spectra of very high-z sources. Overall, our results solidifies photometric evidence for a high space density of bright galaxies at z>8 compared to theoretical model predictions, and further disfavors an accelerated decline in the integrated UV luminosity density at z>8.

研究の動機と目的

• CEERS NIRCam 画像で選択された高赤方偏移銀河候補を分光的 redshift で検証する。
• NIRSpecプリズムデータで emission line と Lyα 連続体ブレークを用いて redshift を測定する。
• JWST からの分光測定と対向して z>8 銀河の photometric redshift の信頼性と宇宙星形成史への影響を評価する。
• z>8 に対する理論予測と spectroscopic 結果を UV 光度密度に対して比較する。

提案手法

• CEERS NIRCam 画像から z>8 銀河候補を選択し、MSA ベースの NIRSpec プリズム観測を実施する。
• JWST パイプラインで NIRSpec データを処理し、カスタムの1Dスペクトル抽出とスリット損失補正を行う。
• 検出された場合は [O III] 5008 発光から redshift を、Lyα ブレークを用いた Lyα ブレークの三つのフィット手法（MCMC1, MCMC2, eazy ベース）で redshift を測定する。
• eazy を用いたトップハットフィルタ付きプリズムスペクトルから Lyα ブレークに基づく redshift を導出し、発光線 redshift と比較する。
• 正確さと散乱を評価するため、安全な [O III] redshift を持つコントロールサンプルに対して Lyα ブレーク法をキャリブレーションする。

Figure 1: F277W 2 ${}^{\prime\prime}\times 2^{\prime\prime}$ cutouts of the seven NIRCam-selected $z>8$ candidates included in CEERS epoch 3 NIRSpec MSA observations with the NIRSpec MSA shutter positions overlaid.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 epoch 3 の NIRSpec 観測で z>8 に該当する CEERS NIRCam 選択銀河の分光 redshift はいくつか。
• RQ2 emission line から導出した redshift と低分解能のプリズムデータでの Lyα 連続体ブレークからの redshift はどう比較される。
• RQ3 JWST からの分光測定と対峙した場合、z>8 銀河の photometric redshift の信頼性はどうか。
• RQ4 これらの分光確認が z>8 の明るい銀河の宇宙密度と UV 光度密度に与える意味は何か。

主な発見

• 4つの z>8 CEERS 銀河が観測され、2つは発光線から z≈7.65–8.64、もう2つは強い連続体ブレークを示し z>9.6 と一致する。
• Lyα ブレーク適合から z≈9.77 および z≈10.01 が推定され、分光解像度と S/N の影響で不確かさが大きい。
• z≈10 の2つは相対的に高輜度で（MUV < -20）、青い連続体と低塵減衰（AV ~ 0.15）。
• 全体として z>8 の photometric redshift は分光 redshift と概ね一致するが、平均的にはやや過大推定（Δz ≈ 0.45）。
• 分光データは z>8 で明るい銀河の宇宙密度が高いことを支持し、z>8 における UV 光度密度の急激な低下は支持されにくい（いくつかのモデルと比較して）。
• z>8 CEERS NIRSpec サンプルの混入率は低く、およそ 8% 程度。

Figure 2: Ly $\alpha$ break redshift estimations for CEERS sources at $z>6.6$ with detections of both the Ly $\alpha$ break and emission lines in NIRSpec prism spectra. Several different break redshift measurements are compared to the redshifts derived from the [O iii ]5008 line, here taken as the f