[논문 리뷰] Bright z~9 Galaxies in Parallel: The Bright End of the Rest-UV Luminosity Function from HST Parallel Programs

Micaela B. Bagley, Steven L. Finkelstein외 8명|arXiv (Cornell University)|2022. 05. 25.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주望遠鏡 순수 병렬 설문을 통해 $z\sim9$ 근처의 13개의 밝은 은하를 식별하였으며, 다중 파장 광도 측정과 완전성 보정을 통해 고적색 이동에서의 잔여 UV 빛의 함수를 측정하였다. 이는 이전의 병렬 영역 설문과 일치하는 수치 밀도를 보이며, $M_{\mathrm{UV}}\sim-22$ 은하의 초과를 시사하여 초기 과밀 영역에서 높은 항성 형성 효율성 또는 낮은-dust 흡수를 나타낼 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The abundance of bright galaxies at z>8 can provide key constraints on models of galaxy formation and evolution, as the predicted abundance varies greatly when different physical prescriptions for gas cooling and star formation are implemented. We present the results of a search for bright z=9-10 galaxies selected from pure-parallel Hubble Space Telescope imaging programs. We include 132 fields observed as part of the Brightest of Reionizing Galaxies survey, the Hubble Infrared Pure Parallel Imaging Extragalactic Survey, and the WFC3 Infrared Spectroscopic Parallel survey. These observations cover a total of 620 sq. arcmin, about 70% of which is also covered with Spitzer Space Telescope infrared imaging. We identify thirteen candidate galaxies in the range 8.3

연구 동기 및 목표

• 우주 우연성의 영향을 줄이기 위해 상관관계가 없는 순수 병렬 HST 관측을 사용하여 $z\sim9$ 에서의 잔여 UV 빛의 함수의 밝은 끝을 측정하기 위해.
• HST 와 스피츠너 데이터를 조합한 다중 파장 선택 절차를 통해 $M_{\mathrm{UV}}<-21.2$ 의 고적색 이동 은하를 식별하기 위해.
• 세부 광도 및 형상 선택 기준을 적용하여 오염을 최소화하면서도 완전성을 유지하기 위해.
• 모의 소스와 확대 보정을 사용하여 표본의 완전성과 오염을 정량화하기 위해.
• 은하 형성 모델에 대한 견고한 제약을 제공하기 위해, 간접적으로 우주 재이온화를 이해하는 데 핵심적인 고적색 이동 $z\sim9$ 의 밝은 은하의 빈도를 측정하기 위해.

제안 방법

• BORG, HIPPIES, WISP 세 개의 설문에서 유래한 132개의 순수 병렬 HST 영역을 통합하여, 620 제곱 도의 영역을 커버하고, 겹치는 Spitzer/IRAC 커버리지가 있다.
• Y_{105}, J_{125}, H_{160}-대역 광도 측정과 Y_{105}-J_{125}, J_{125}-H_{160} 드롭아웃 기준을 사용하여 $z\sim9-10$ 후보자를 선별하였다.
• EAZY를 사용한 SED 피팅과 광학적 적색 이동 추정을 포함한 전체 다중 파장 선택 절차를 적용하여 가짜 양성의 수를 줄였다.
• 밝은 $z=1-4$ 은하를 어둡게 하고 다시 선별하여 오염을 정량화하였으며, 1–3%의 오염률(최대 WISP 영역에서 12.9%)을 발견하였다.
• 강한 렌즈 모델을 사용하여 세 개의 후보자에서 가까운 강한 렌즈 후보자와 함께 있는 경우 확대 효과를 보정하였다.
• 크기 불확실성과 유효 부피를 포함하여, MCMC 분석을 사용한 가짜 분할 기법을 통해 UV 빛의 함수를 측정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색 이동 $z\sim9$ 에서 $M_{\mathrm{UV}}<-21.2$ 의 은하의 수 밀도는 얼마이며, 은하 형성 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 순수 병렬 HST 관측이 UV 빛의 함수의 밝은 끝을 측정할 때 천체 우주 변동성을 얼마나 줄이는가?
• RQ3 관측된 밝은 $z\sim9$ 은하가 낮은 적색 이동에서의 부드럽게 진화하는 Schechter 함수와 일치하는가?
• RQ4 깊은, 얕은 병렬 영역에서 저적색 이동 간섭자에 의한 오염률은 얼마인가?
• RQ5 식별된 후보자들이 초기 천체 재이온화에 기여했을 수 있는 과밀 영역에 위치해 있는가?

주요 결과

• 132개의 상관관계가 없는 HST 병렬 영역에서 유래한 13개의 후보 은하가 적색 이동 범위 $8.3<z<11$ 에서 식별되었으며, $24.5<m_{H}<26.5$ ($-22.9<M_{\mathrm{UV}}<-21.2$) 의 조건을 만족하였다.
• 밝은 $z\sim9$ 은하의 수 밀도는 Finkelstein 등 (2022) 과 다른 HST 병렬 설문 결과와 일치하며, 낮은 천체 우주 변동성을 시사한다.
• 저적색 이동 간섭자에 의한 오염은 대부분의 영역에서 1–3%로 낮으며, WISP 영역에서 최대 12.9%까지 증가한다.
• 가짜 분할과 MCMC 분석을 사용하여 유도된 잔여 UV 빛의 함수는 부드럽게 진화하는 Schechter 함수에 비해 $M_{\mathrm{UV}}\sim-22$ 은하의 현저한 초과를 보여준다.
• 표본은 밝은 끝에서 평탄하거나 약간 증가하는 광도 함수와 일치하며, 이는 $z\sim9$ 에서 높은 항성 형성 효율성 또는 감소한 먼지 흡수를 시사한다.
• 후보자 중 5개는 제1기 JWST NIRSpec 프리즘 관측을 통해 확인될 예정이며, 스펙트럼 후속 관측의 고위험 대상임을 확인한다.