[논문 리뷰] Early results from GLASS-JWST. III: Galaxy candidates at z$\sim$9-15

M. Castellano, A. Fontana외 28명|arXiv (Cornell University)|2022. 07. 19.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 GLASS-JWST 초기 방출 과학 프로그램의 A2744 은하단 주변 영역에서 수행된 깊은 NIRCam 이미징을 이용해 적색이동 z ∼ 9–15 범위의 은하 후보를 처음으로 탐색한다. 라이만 브레이크 기법과 광도 적색이동을 사용하여 z > 9 범위에서 다섯 개의 색상 선택 후보를 식별하였으며, 이 중 두 개의 밝은 은하가 각각 z ≈ 10.6 및 z ≈ 12.2에 위치해 있으며, 이는 기존의 표준 UV 광도 함수 외삽 예측을 크게 초월한다.

ABSTRACT

We present the results of a first search for galaxy candidates at z$\sim$9--15 on deep seven-bands NIRCam imaging acquired as part of the GLASS-JWST Early Release Science Program on a flanking field of the Frontier Fields cluster A2744. Candidates are selected via two different renditions of the Lyman-break technique, isolating objects at z$\sim$9-11, and z$\sim$9-15, respectively, supplemented by photometric redshifts obtained with two independent codes. We find five color-selected candidates at z$>$9, plus one additional candidate with photometric redshift z$_{phot}\geq$9. In particular, we identify two bright candidates at $M_{UV}\simeq -21$ that are unambiguously placed at $z\simeq 10.6$ and $z\simeq 12.2$, respectively. The total number of galaxies discovered at $z>9$ is in line with the predictions of a non-evolving LF. The two bright ones at $z>10$ are unexpected given the survey volume, although cosmic variance and small number statistics limits general conclusions. This first search demonstrates the unique power of JWST to discover galaxies at the high redshift frontier. The candidates are ideal targets for spectroscopic follow-up in Cycle$-2$.

연구 동기 및 목표

• 초기 JWST 데이터를 이용해 적색이동 z ∼ 9–15 범위의 고적색이동 은하 후보를 식별하고 특성화하는 것.
• 관측된 고적색이동 은하 수가 저적색이동에서 외삽된 UV 광도 함수( LF) 이론 예측과 일치하는지 테스트하는 것.
• 고적색이동 소스 탐지에 영향을 미칠 수 있는 천체적 변동성, 렌즈 효과 증폭, 소수의 통계적 요인의 영향을 평가하는 것.
• JWST 사이클 2에서 분광학적 후속 관측을 위한 견고한 대상을 식별하여 적색이동을 확인하고 물리적 성질을 측정하는 것.
• JWST의 첫 번째 깊은 NIRCam 조사에서 라이만 브레이크 및 광도 적색이동 기법의 성능을 평가하는 것.

제안 방법

• 일곱 밴드 NIRCam 광도 측정을 이용해 z ∼ 9–11 및 z ∼ 9–15 범위의 은하를 분리하기 위해 라이만 브레이크 기법의 두 가지 변형을 적용하였다.
• 결과를 상호 검증하기 위해 두 가지 독립된 코드(EAzY 및 zphot)를 사용해 광도 적색이동을 계산하였다.
• 혼잡한 영역에서의 소스 탐지에는 SExtractor를, 광도 측정에는 T-PHOT를 사용하였으며, 적절한 개구부 및 배경 추정을 수행하였다.
• 렌즈 효과 증폭 영향을 평가하기 위해 렌즈 효과 증폭 모델(예: Bergamini 등 2022)을 적용하였지만, 은하단 중심에서의 거리로 인해 높은 불확실성이 존재하였다.
• 관측 편향을 보정하고 이론적 LF 예측과 비교하기 위해 완전성 및 조사 부피를 추정하였다.
• 소스 수에 대한 포isson 및 천체적 변동성 불확실성을 계산하기 위해 Gehrels(1986) 방법을 사용하였으며, z > 10에서 관측된 소스 수는 2+2.7−1.4로 보고되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 JWST의 첫 번째 깊은 NIRCam 조사에서 z > 9 범위의 은하 후보는 몇 개인가?
• RQ2 저적색이동에서 외삽된 UV 광도 함수 예측과 비교할 때, 고적색이동 은하의 관측 수는 일치하는가?
• RQ3 z ≈ 10.6 및 z ≈ 12.2에 위치한 두 개의 밝은 은하(M_UV ≲ -21)를 탐지한 것이 의미하는 바는 무엇이며, 이는 이론적 기대와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 A2744 영역에서의 렌즈 효과 증폭이 관측된 소스 수 및 적색이동 추정에 어느 정도의 영향을 미칠 수 있는가?
• RQ5 후보들은 JWST 사이클 2에서 분광학적 확인에 적합한가? 그리고 어떤 물리적 성질을 측정할 수 있는가?

주요 결과

• z > 9 범위에서 다섯 개의 색상 선택 후보 은하가 식별되었으며, 이 중 두 개는 각각 z ≈ 10.6 및 z ≈ 12.2에 위치해 있으며, M_UV ≲ -21로 높은 본질적 광도를 나타낸다.
• z > 9에서 탐지된 소스 수는 비진동하는 UV 광도 함수와 광범위하게 일치하지만, z > 10에서 두 밝은 소스는 예측보다 현저히 많다.
• 관측된 z > 10 소스 수는 2+2.7−1.4이며, 이는 LF 모델에 따라 <0.01에서 0.6개의 소스로 예측되는 범위를 초월하여 현저한 초과를 의미한다.
• z ≈ 10.6 및 z ≈ 12.2에 위치한 두 개의 밝은 은하가 탐지된 것은 이론적 예측보다 10배 이상 초과된 것으로, 현재의 LF 외삽에 도전할 수 있음을 시사한다.
• 초기 렌즈 모델링 결과, A2744 영역의 증폭은 HFF A2744 평행 영역보다 2–10배 더 높을 수 있으나, 후보자들에서 강한 비틀림은 관측되지 않았다.
• 후보자들은 JWST 사이클 2에서 적색이동 확인 및 항성 형성률, 먼지 함량, 기체 중금속 농도 측정을 위한 이상적인 후속 관측 대상이다.