[논문 리뷰] Schrodinger's Galaxy Candidate: Puzzlingly Luminous at $z\approx17$, or Dusty/Quenched at $z\approx5$?

Rohan P. Naidu, Pascal A. Oesch외 23명|arXiv (Cornell University)|2022. 08. 04.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 37

한 줄 요약

이 논문은 CEERS-1749를 분석하여 z≈17 Lyman-브레이크 은하 가설과 z≈5의 가능성 있는 먼지성/정지 간섭체를 환경 증거와 다중 SED 모델링과 함께 비교합니다.

ABSTRACT

$JWST$'s first glimpse of the $z>10$ Universe has yielded a surprising abundance of luminous galaxy candidates. Here we present the most extreme of these systems: CEERS-1749. Based on $0.6-5μ$m photometry, this strikingly luminous ($\approx$26 mag) galaxy appears to lie at $z\approx17$. This would make it an $M_{ m{UV}}\approx-22$, $M_{ m{\star}}\approx5 imes10^{9}M_{ m{\odot}}$ system that formed a mere $\sim220$ Myrs after the Big Bang. The implied number density of this galaxy and its analogues challenges virtually every early galaxy evolution model that assumes $Λ$CDM cosmology. However, there is strong environmental evidence supporting a secondary redshift solution of $z\approx5$: all three of the galaxy's nearest neighbors at $<2.5$" have photometric redshifts of $z\approx5$. Further, we show that CEERS-1749 may lie in a $z\approx5$ protocluster that is $\gtrsim5 imes$ overdense compared to the field. Intense line emission at $z\approx5$ from a quiescent galaxy harboring ionized gas, or from a dusty starburst, may provide satisfactory explanations for CEERS-1749's photometry. The emission lines at $z\approx5$ conspire to boost the $>2μ$m photometry, producing an apparent blue slope as well as a strong break in the SED. Such a perfectly disguised contaminant is possible only in a narrow redshift window ($Δz\lesssim0.1$), implying that the permitted volume for such interlopers may not be a major concern for $z>10$ searches, particularly when medium-bands are deployed. If CEERS-1749 is confirmed to lie at $z\approx5$, it will be the highest-redshift quiescent galaxy, or one of the lowest mass dusty galaxies of the early Universe detected to-date. Both redshift solutions of this intriguing galaxy hold the potential to challenge existing models of early galaxy evolution, making spectroscopic follow-up of this source critical.

연구 동기 및 목표

• CEERS-1749가 z≈17 Lyman-브레이크 은하인지 아니면 z≈5의 더 낮은 적색편이에 해당하는 간섭체인지 여부를 조사한다.
• CEERS-1749의 인근 은하 적색편과 잠재적 프로토클러스터 멤버십을 포함하여 z≈5 해를 테스트하기 위해 환경 맥락을 평가한다.
• 관측된 광측광도를 설명하기 위한 대체 물리 해석(먼지 많은 별폭발, 이온화 가스가 있는 정지은 은하)을 탐구한다.
• 광측정의 불확실성과 제로포인트 시스템오프셋에 따라 고적 포함 해의 강건성을 평가한다.
• CEERS-1749의 적색편과 본성을 해명하기 위해 필요한 분광 후속 관측에 대한 지침을 제공한다.

제안 방법

• CEERS-1749에 대한 JWST/NIRCam 및 보조 HST 광측을 수집 및 분석한다.
• 오차 바닥을 다르게 하여 EAZY와 Prospector를 이용한 광측 redshift 적합을 수행한다.
• quiescent, dusty starburst, AGN-라인 방출 시나리오를 포함한 대체 z≈5 SED 해를 테스트한다.
• 프로토클러스터 가능성 및 이웃들의 적색편을 평가하기 위해 지역 환경을 조사한다.
• GALFIT으로 형태를 모델링하여 구조와 다중성 가능성을 연구한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광측 측정 및 필터 탐지의 1-2 개 혼합으로 CEERS-1749를 z≈17 LBG로 가장 잘 설명할 수 있는가?
• RQ2 CEERS-1749 인근의 지역 환경이 프로토클러스터 연관을 통해 z≈5 해를 지지하는가?
• RQ3 고적 고적이 아닌 다른 설명(먼지 많은 별폭발, 이온화 가스가 있는 정지 은하, 또는 AGN 관련 선)이 SED를 재현할 수 있는가?
• RQ4 광측 측정의 불확실성과 제로포인트 시스템오프가 적색편 해와 그 강건성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 CEERS-1749의 적색편과 본성을 확정적으로 결정하기 위해 필요한 후속 관측은 무엇인가?

주요 결과

• CEERS-1749는 매우 밝으며(F277W에서 ≈26.3 등급), 10% 광도 오차 바닥에서 z>10 해에 대해 p(z>10) > 99.9%로 유리하게 위치한다.
• 광측 오차 바닥을 20%로 채택하면 z≈5 해가 나타나며, 이웃이 z≈5이고 근처에 z≈5 프로토클러스터의 증거가 있다.
• 대안적인 z≈5 SED는 이온화 가스 방출을 가진 정지 은하나 강한 성운선이 있는 먼지 많은 별폭발로서 z≈17 SED를 >2 μm 밴드에서 모방할 수 있다.
• CEERS-1749가 z≈5에 위치한다면, 정지 시나리오에서의 추정 질량은 ≈5×10^9 M☉ 이거나 낮은 질량의 먼지 많은 별폭발 시나리오에서 ≈5×10^8 M☉일 수 있으며, 초기 은하군에 중대한 함의를 가진다.
• 밴드 전반에 걸친 디스키 형태의 Sérsic 프로필(n≈1)과 모자이크 같은 구조의 가능성 있는 클럼피한 구조가 파악된다. 파란 밴드에서의 더 복잡성은 병합 시스템처럼 보일 수 있다.
• 높은 적색변수 후보의 선정을 주의해야 한다는 점을 강조하는데, Δz≲0.1의 좁은 적색편 창에서의 방출선 오염으로 인해 z>10의 고적 SED가 모방될 수 있다.