[논문 리뷰] Efficient NIRCam Selection of Quiescent Galaxies at 3 < z < 6 in CEERS

Arianna S. Long, Jacqueline Antwi-Danso외 31명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 08.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 12

한 줄 요약

본 논문은 F150W, F277W, F444W 밴드에서의 실증 NIRCam 색상 선택을 제시하여 CEERS 필드에서 z>3의 거대 정지 은하를 효과적으로 식별하고, 44명의 후보자와 견고한 밀도 추정치를 얻었다.

ABSTRACT

Substantial populations of massive quiescent galaxies at $z\ge3$ challenge our understanding of rapid galaxy growth and quenching over short timescales. In order to piece together this evolutionary puzzle, more statistical samples of these objects are required. Established techniques for identifying massive quiescent galaxies are increasingly inefficient and unconstrained at $z>3$. As a result, studies report that as much as 70\% of quiescent galaxies at $z>3$ may be missed from existing surveys. In this work, we propose a new empirical color selection technique designed to select massive quiescent galaxies at $3\lesssim z \lesssim 6$ using JWST NIRCam imaging data. We use empirically-constrained galaxy SED templates to define a region in the $F277W-F444W$ vs. $F150W-F277W$ color plane that captures quiescent galaxies at $z>3$. We apply this color selection criteria to the Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey and identify 44 candidate $z\gtrsim3$ quiescent galaxies. Over half of these sources are newly discovered and, on average, exhibit specific star formation rates of post-starburst galaxies. We derive volume density estimates of $n\sim1-4 imes10^{-5}$\,Mpc$^{-3}$ at $3< z <5$, finding excellent agreement with existing reports on similar populations in the CEERS field. Thanks to NIRCam's wavelength coverage and sensitivity, this technique provides an efficient tool to search for large samples of these rare galaxies.

연구 동기 및 목표

• z>3에서 거대 정지 은하를 식별할 필요성을 동기화하여 이른 우주의 급속한 억제 현상을 검증한다.
• 오염을 최소화하면서 포스트 스타-버스트 및 진화한 정지 계통을 포착하는 JWST NIRCam 색상 선택 방법을 개발한다.
• CEERS 데이터에서 방법을 테스트하고 선택된 후보의 완전성, 오염, 적색편이 분포를 평가한다.
• 적색편이 구간에서의 정지 은하의 수밀도를 정량화하고 기존 문헌과 비교한다.

제안 방법

• F150W, F277W, F444W를 사용하여 Balmer/Dn(4000) 브레이크를 3<z<5 은하들로 가두는 세 밴드 NIRCam 색 공간을 정의한다.
• 완전성( completeness )과 오염( contamination )의 균형을 맞추기 위해 색 공간에서 두 개의 웨지 영역(짧은 웨지와 긴 웨지)을 구성하고 테스트한다.
• 실증적으로 제약된 SED 템플릿(3> z 정지 및 포스트-스타-버스트 은하, DSFG 포함)을 사용하여 색 공간에서의 위치를 매핑한다.
• cigale을 사용한 SED 적합을 적용하여 광색소 적색편이(photometric redshifts), sSFRs, 물리적 특성을 Chabrier IMF와 Calzetti 먼지 법칙 하에서 도출한다.
• 적색편이 구간별 수 밀도 불확실성을 추정하기 위해 적색편이 몬테카를로 시뮬레이션을 수행한다.

Figure 1: Left: $F277W-F444W$ vs. $F150W-F277W$ colors for well-constrained galaxy SED templates. The black line marks the “short” wedge boundaries, while the dashed line marks the “long” wedge extension. The former is less complete but also has fewer contaminants, while the latter captures most qui

실험 결과

연구 질문

• RQ1 간단한 NIRCam 색 공간 웨지가 세 밴드만 사용하여 z>3 정지 은하를 효율적으로 선택할 수 있는가?
• RQ2 짧은 웨지와 긴 웨지 정의 간의 완전성과 오염 간의 trade-off는 무엇인가?
• RQ3 CEERS에서 기존에 발표된 z>3 정지 샘플과 선택된 후보는 어떻게 비교되는가?
• RQ4 2.5<z<5 구간에서의 정지 은하 수밀도는 어떻게 되며 문헌 추정치와 어떻게 부합하는가?

주요 결과

• 컬러 웨지를 사용하여 세 밴드에서의 SNR≥3인 CEERS의 2.5<z<6 정지 은하 후보 44명을 식별했다.
• 샘플의 중앙 적색편지는 z~3.5이고 중앙 별질량은 약 3×10^10 M⊙이며 중앙 log10(sSFR/yr)≈−11.2이다.
• 짧은 웨지는 30명의 후보를 산출했고, 긴 웨지는 45명의 후보를 산출했다(짧은 웨지와의 공통 82명, 추가 15명).
• 이전 CEERS 정지 후보의 회수 비율이 높다( Carnall et al. 2023에서 14/15; Pérez-González et al. 2022에서 SNR 컷 내 18/22; Valentino et al. 2023에서 긴 웨지 내 19/24 ).
• 도출된 수밀도 n ≈ 1–4×10^−5 Mpc^−3 for 3<z<5, Carnall et al. (2023)과 일치하고 Valentino et al. (2023)보다 약 3–5× 높다.

Figure 2: $F277W-F444W$ vs. $F150W-F277W$ colors for $2.5<z<5$ quiescent galaxy candidates detected in CEERS using the proposed color selection method (including $z_{\mathrm{phot}}\geq 2.5$ and log 10 (sSFR/yr) $\lesssim-10$ ). Interlopers in this color space are further described in Section 4.4 and