[論文レビュー] The NEWFIRM HETDEX Survey: Photometric Catalog and a Conservative Sample of Massive Quiescent Galaxies at z=3-5 over 17.5 deg^2 in the SHELA Field

Matthew L. Stevans, Steven L. Finkelstein+11 more|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2021

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、SHELA領域の17.5 deg²をカバーする深さのあるKsバンド画像測定であるNEWFIRM HETDEX調査を提示する。多波長データを統合することで、z=3–5における質量が10¹¹ M⊙を超える9個のマスィブな（M∗ > 10¹¹ M⊙）静止状態の銀河の保守的サンプルを同定した。光度赤方偏移とSEDフィッティングを用いて、これらの銀河は現在のシミュレーションにおいて極めてまれであることが判明し、モデルにおける抑制メカニズムが高赤方偏移において遅いか、効果が不足している可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present the results of a deep K_s-band (2.1 um) imaging survey of the Spitzer/HETDEX Exploratory Large Area (SHELA) field using the NEWFIRM near-infrared (NIR) camera on the KPNO Mayall 4-m telescope. This NEWFIRM HETDEX Survey (NHS) reaches a 5-sigma depth of 22.4 AB mag (2"-diameter apertures corrected to total), is ~50% and 90% complete at K~22.65 and K~22.15, respectively, and covers 22 deg^2 of the 24 deg^2 SHELA Spitzer/ IRAC footprint (within ``Stripe 82' of the Sloan Digital Sky Survey). We present a K_s-band-selected catalog which includes deep ugriz imaging from the Dark Energy Camera and 3.6 and 4.5 um imaging from Spitzer/IRAC, with forced-photometry of 1.7 million sources across 17.5 deg^2. The large area and moderate depth of this catalog enables the study of the most massive galaxies at high redshift, and minimizes uncertainties associated with counting statistics and cosmic variance. As a demonstration, we derive stellar masses (M*) and star-formation rates (SFRs) for candidate galaxies at 3 < z < 5, and select a conservative sample of nine candidate massive (M* > 10^11 Msol) quiescent galaxies, which have measured SFRs significantly below the main-sequence at this redshift. Five are ultra-massive with M* > 10^12, though uncertainties in IRAC blending, gravitational lensing, or AGN emission could result in true masses which are lower. Simulations predict that these galaxies should be extremely rare, thus we discuss what physical processes in models could be altered to allow the formation of such massive quiescent galaxies at such early times.

研究の動機と目的

• 深さのある近赤外線画像測定を用いて、統計的に信頼性が高く、広域にわたるマスィブで高赤方偏移銀河のカタログを構築すること。
• ダストや低赤方偏移の混入体からの汚染を最小限に抑えて、z=3–5におけるマスィブな静止状態銀河を同定・特徴化すること。
• 現在の銀河形成シミュレーションが、初期宇宙におけるマスィブな静止状態銀河の観測された数密度を再現できるかどうかを検証すること。
• 特にAGNフィードバックが、初期のマスィブ銀河進化における抑制機構に与える影響を評価すること。
• 将来的なJWSTおよびALMAのフォローアップ観測の基盤を提供し、優先度の高いターゲットを同定すること。

提案手法

• Mayall 4-m望遠鏡に搭載されたNEWFIRMを用いて、Ksバンド（2.1 μm）の深さのある画像測定を実施し、17.5 deg²の領域で5σ深度が22.4 AB magに達した。
• DECamからの既存のugriz画像と、Spitzer/IRACの3.6/4.5 μmデータを統合し、170万個の天体に対して強制的光度測定を実施した。
• eazy-pyを用いてSEDフィッティングを実施し、z=3–5の銀河の光度赤方偏移、星形成質量、静止フレーム色を導出した。
• 静止状態の定義に、sSFR閾値（log sSFR/yr⁻¹ < -10.05）を用い、z=4のメインシーケンスから3σ下に位置する領域を対象とすることで、汚染を最小限に抑えた。
• UVJ図とSanta Cruzの半解析的モデルおよびSimbaの流体力学的シミュレーションの予測を比較し、結果の妥当性を検証した。
• 合成シミュレーションを用いて、静止状態サンプルの完全性と信頼性を評価し、ブレンドやレンズ効果の影響を考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広域かつ深さのある調査において、z=3–5におけるマスィブな静止状態銀河（M∗ > 10¹¹ M⊙）はどれほど一般的か？
• RQ2 現在の宇宙論的シミュレーションは、高赤方偏移におけるこのような銀河の観測された数密度を正確に再現できるか？
• RQ3 特にAGNフィードバックを含む、どのような物理的プロセスがz>4におけるマスィブ銀河の急速な抑制を説明するために必要か？
• RQ4 従来のUVJ基準で選別された銀河と比較して、これらの高赤方偏移静止状態銀河の性質はどのように異なるか？
• RQ5 光度測定調査における主な汚染要因は何か。そして、静止状態銀河の信頼性の高い同定を実現するためには、どのようにしてそれらを軽減できるか？

主な発見

• Ksバンドにおいて5σ深度は22.4 AB magに達し、17.5 deg²の領域でKs ≈ 22.15 magで90%の完全性を達成した。
• z=3–5におけるマスィブで静止状態の銀河（M∗ > 10¹¹ M⊙）の保守的サンプルとして9個が同定され、そのうち5つは超マスィブ（M∗ > 10¹² M⊙）であった。
• これらの銀河は、Santa Cruzの半解析的モデルおよびSimbaの流体力学的シミュレーションが予測するよりも顕著に質量が大きく、かつ希少であった。特にz>4において、その数密度が著しく予測値を下回っていた。
• sSFRに基づく静止状態基準は、通常のUVJカットでは捉えきれないUVJ領域に銀河を同定した。これは、急速に抑制されたマスィブ銀河の潜在的な過小評価された集団を示唆している。
• 結果から、現在のモデルは初期宇宙における抑制メカニズム、特にAGNフィードバックの効率やタイミングを低く評価している可能性がある。
• 本研究は、ダストに覆われた星形成銀河やレンズ効果を受ける系からの汚染を排除するため、深さのあるALMAおよびJWST観測の必要性を強調している。