[논문 리뷰] Extremely red galaxies at $z=5-9$ with MIRI and NIRSpec: dusty galaxies or obscured AGNs?

Guillermo Barro, Pablo G. Pérez‐González외 28명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 23.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 JWST CEERS로 z>5에서 37명의 매우 붉은 천체(EROs) 집단을 식별하고, MIRI/NIRSpec으로 8개를 분석하며, dusty massive galaxies 또는 obscured AGN 시나리오를 발견하고, 해상되지 않은 형태가 AGN 우세를 시사한다.

ABSTRACT

We study a new population of extremely red objects (EROs) recently discovered by JWST based on their NIRCam colors F277W$-$F444W $>1.5$ mag. We find 37 EROs in the CEERS field with F444W $<28$ mag and photometric redshifts between $57$ by up to a factor $\sim$60. Similarly, if they are OSOs with luminosities in the L$_{ m bol}>10^{46-47}$ erg s$^{-1}$ range, their number would exceed that of bright blue QSOs by more than two orders of magnitude. Additional photometry at mid-IR wavelengths will reveal the true nature of the red continuum emission in these EROs and will place this puzzling population in the right context of galaxy evolution.

연구 동기 및 목표

• JWST NIRCam 색상(F277W − F444W > 1.5 mag)을 사용하여 고적성에서 매우 붉은 은하를 식별하는 것.
• MIRI 및 NIRSpec으로 붉은 ERO 집단을 특징지어 Dusty galaxies와 obscured AGN 시나리오를 구분하는 것.
• ERO의 별질 질량, 먼지 흡수, 적색분포 및 형태를 추정하는 것.
• 다른 물리적 해석 하에서의 수적밀도 및 은하 진화에 대한 시사점을 평가하는 것.

제안 방법

• CEERS 필드에서 F277W − F444W > 1.5 mag 및 F444W < 28 mag인 ERO를 선택한다.
• SExtractor를 이용한 두 이미지 모드로 PSF 매칭된 이미지에서 광측정을 수행한다.
• EAZYpy로 광적분 redshift를 계산하고 FAST 및 BC03 기반 모델로 질량과 AV를 도출한다.
• 8명의 ERO에 대해 MIRI 탐지와 NIRSpec 분광 데이터를 도입하여 dusty galaxy 대 obscured AGN SED를 테스트한다.
• Prospector 및 관련 템플릿을 사용하여 고-AV dusty galaxies 및 AGN 주도 연속체를 포함한 다양한 시나리오로 SED를 모델링한다.
• GALFIT으로 크기를 평가하고 PSF와 비교하여 해상되지 않은 형태인지를 판단한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CEERS에서 F277W-선정 ERO의 적색분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 매우 붉은 색상이 dusty Stellar continua, 강한 방출선, 또는 AGN-주도 continua 중 어떤 경우에 의해 주도되는가?
• RQ3 이들 ERO의 질량과 먼지 감쇠는 어떠하며 적색에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ4 관측된 ERO는 해상된 형태를 보이는가, 해상되지 않는가, 이것이 그들의 본질에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ5 MIRI/NIRSpec 데이터가 dusty galaxy 대 obscured AGN의 본질과 인구의 고질량 끝에 어떤 제약을 주며, 수적밀도에 어떤 시사점을 주는가?

주요 결과

• 37 EROs가 F277W − F444W > 1.5 mag 및 F444W < 28 mag로 식별되며 광색적 적색분포는 5에서 7 사이의 광적분 적색분포를 가지며 중앙값은 z = 6.9^{+1.0}_{-1.6}이다.
• EROs는 이분형 SED를 보인다: 청색의 Rest-frame UV 색상(F150W − F200W ~ 0 mag)과 장파에서 파워-로우 꼴의 경사를 가진 빨간 Rest-frame Optical 색상(대략 3–4의 슬로프).
• 모든 F277W ERO는 NIRCam 밴드에서 해상되지 않는 점상원으로, PSF 해상도 이하의 크기를 가진다; MIRI 탐지 예도 해상되지 않는 형태와 일치한다.
• MIRI/NIRSpec 데이터가 있는 8개의 ERO에 대한 SED 적합은 dusty massive galaxies(log M*/M⊙ ~ 10, AV ≳ 3 mag)와 obscured AGN 시나리오(log M*/M⊙ ~ 7.5, AV ~ 0, 또는 QSO-주도 연속체) 모두와 호환된다.
• 일부 ERO는 z > 7에서 유의하게 높은 추정 질량(log M*/M⊙ ≳ 10.5)을 보이며, 확인되면 기존의 질량함수 및 은하 진화 모델에 도전을 제시할 수 있다.
• 저자들은 더 긴 파장의 광측정(MIRI)이 높은 EW 방출선 효과와 실제 연속체-지배 방출 사이를 구분하는 데 중요하며, 이 물체들의 본질을 식별하는 데 도움이 된다고 강조한다.