[논문 리뷰] EPOCHS I. The Discovery and Star Forming Properties of Galaxies in the Epoch of Reionization at $6.5 < z < 18$ with PEARLS and Public JWST data

Christopher J. Conselice, Nathan Adams외 33명|arXiv (Cornell University)|2024. 07. 20.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 PEARLS 및 공개 필드의 JWST NIRCam 데이터의 균질한 감소를 이용하여 6.5 < z < 18인 1165개의 고적색편 은하의 발견, 특성 및 카탈로그를 제시하며, 선택, 완전성 및 기본 은하 특성을 설명하여 향후 EPOCHS 시리즈 분석을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We present in this paper the discovery, properties, and a catalog of 1165 high redshift $6.5 < z < 18$ galaxies found in deep JWST NIRCam imaging from the GTO PEARLS survey combined with data from JWST public fields. We describe our bespoke homogeneous reduction process and our analysis of these areas including the NEP, CEERS, GLASS, NGDEEP, JADES, and ERO SMACS-0723 fields with over 214 arcmin$^{2}$ imaged to depths of $\sim 30$ mag. We describe our rigorous methods for identifying these galaxies, involving the use of Lyman-break strength, detection significance criteria, visual inspection, and integrated photometric redshifts probability distributions predominately at high redshift. Our sample is a robust and highly pure collection of distant galaxies from which we also remove brown dwarf stars, and calculate completeness and contamination from simulations. We include a summary of the basic properties of these $z > 6.5$ galaxies, including their redshift distributions, UV absolute magnitudes, and star formation rates. Our study of these young galaxies reveals a wide range of stellar population properties as seen in their colors and SED fits which we compare to stellar population models, indicating a range of star formation histories, dust, AGN and/or nebular emission. We find a strong trend exists between stellar mass and $(U-V)$ color, as well as the existence of the `main-sequence' of star formation for galaxies as early as $z \sim 12$. This indicates that stellar mass, or an underlying variable correlating with stellar mass, is driving galaxy formation, in agreement with simulation predictions. We also discover ultra-high redshift candidates at $z > 12$ in our sample and describe their properties. Finally, we note a significant observed excess of galaxies compared to models at $z > 12$, revealing a tension between predictions and our observations.

연구 동기 및 목표

• 다수의 심층 필드에 걸친 JWST NIRCam 이미징으로 z > 6.5 은하의 강건하고 균질한 카탈로그를 구축한다.
• 필드 간 편향과 계통오차를 최소화하기 위한 데이터 감소 파이프라인 및 균질화된 분석을 기술한다.
• 시뮬레이션을 통해 완전도와 오염을 평가하여 EPOCHS 시리즈의 후속 분석을 위한 샘플의 순도를 보장한다.

제안 방법

• 맞춤형 파이프라인으로 보정되지 않은 JWST NIRCam 데이터를 재처리하여 필드 간 균질한 영상 및 카탈로그를 생성한다.
• F277W, F356W, F444W의 역분산 가중 합을 사용하여 소스 탐지 및 0.32 arcsec 직경의 강제 Aperture 광측정을 수행하는 이중 이미지 모드를 사용한다.
• 빈 구멍(apertures)을 이용하고 NMAD 기반의 국부 깊이 추정치를 사용하여 필드별 광도 깊이를 계산하고 현실적인 광도 오차를 도출한다.
• 다중 밴드 JWST 데이터와 이용 가능한 HST 데이터를 포함하여 광도 적색편수를 계산하고 z > 6.5 후보를 식별한다.
• 인쇄된 결함(mask)으로부터 결함을 가리고 렌징 필드에서 클러스터 모듈 소스를 제외하여 ICL 및 강한 렌징 오염을 피한다.
• GAIA DR3에 천문측정(천구좌표계)을 고정하고 이미지 정렬을 표준화하여 필드 간 일관성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 깊은 JWST 필드에서 식별된 z > 6.5 은하의 적색편 분포 및 수밀도는 어떻게 되는가?
• RQ2 이 은하들의 겉보기 특성(UV 광도, 별질질량, 별형성률)이 적색편수 및 필드에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 적용된 선택 기준에 따라 z > 6.5 은하 샘플의 완전도와 오염 수준은 어느 정도인가?
• RQ4 이른 시기에 '주류 항성 형성선(main-sequence)'의 증거가 있으며 그것이 별질질량과 어떻게 관련되는가?
• RQ5 가장 높은 적색편에서 관측된 수는 은하 형성의 이론적 모델과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 강건한 샘플인 1165개의 고적색편 은하(6.5 < z < 18)가 균질한 감소 및 선택 파이프라인을 사용하여 11개의 심층 JWST 필드 전반에서 식별된다.
• 별질량과 Rest-frame color (U-V) 사이에 강한 경향이 있으며 z ~ 12까지 확장되는 star formation의 'main-sequence'의 증거가 있다.
• 샘플은 광범위한 별집단을 보이며 다양한 별형성 이력, 먼지 함량, AGN 및/또는 성운 방출 효과를 시사한다.
• 은하 형성 모델과의 비교에서 예측에 비해 가장 높은 적색편(z > 12)에서 관측된 은하 수가 크게 초과한다.
• 이 데이터 세트는 이후 EPOCHS 논문에서 UV 광도 함수 및 별질질량 함수를 구성하기 위한 기본적 토대를 제공한다.
• 이상하고 매우 높은 적색편(z > 12) 후보들이 샘플의 일부로 논의된다.