[論文レビュー] Early results from GLASS-JWST. III: Galaxy candidates at z$\sim$9-15

M. Castellano, A. Fontana+28 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、GLASS-JWST Early Release ScienceプログラムのA2744銀河団周辺領域における深紫外赤外カメラ（NIRCam）の観測データを用いて、赤方偏移z ∼ 9–15の銀河候補の初回探索を実施した。Lymanブレーク法と光度赤方偏移を用い、z > 9の5つの色選択候補を同定した。その中には、z ≈ 10.6およびz ≈ 12.2の明るい銀河が含まれており、これらは標準的なUV絶対等級関数の外挿予測を著しく上回っている。

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$-2$.

研究の動機と目的

• 初期JWSTデータを用いて、赤方偏移z ∼ 9–15の高赤方偏移銀河候補を同定・特徴付けること。
• 観測された高赤方偏移銀河数が、UV絶対等級関数（LF）の理論的予測と整合しているかどうかを検証すること。
• 高赤方偏移源検出に及ぼす宇宙分散、レンズ効果の増幅、少数統計の影響を評価すること。
• JWSTサイクル2における分光的追跡観測のための信頼性の高い標的を同定し、赤方偏移の確認と物理的性質の測定を可能にすること。
• JWSTによる最初の深紫外赤外カメラサーベイにおいて、Lymanブレーク法および光度赤方偏移技術の性能を評価すること。

提案手法

• 7バンドのNIRCam光度測定を用い、z ∼ 9–11およびz ∼ 9–15の銀河を分離する2種類のLymanブレーク法を適用した。
• 2つの独立したコード（EAzYとzphot）を用いて光度赤方偏移を計算し、結果の妥当性を検証した。
• 混雑した領域における源検出にはSExtractor、光度測定にはT-PHOTを用い、適切な開口部および背景推定を実施した。
• レンズ効果の増幅効果を評価するため、レンズ増幅モデル（例：Bergamini et al. 2022）を適用したが、銀河団中心からの距離が離れているため、不確実性が高かった。
• 観測バイアスを補正し、理論的LF予測と比較するため、完全性およびサーベイ体積を推定した。
• Gehrels (1986)の手法を用いて、源数のPoisson分布および宇宙分散の不確実性を計算し、z > 10で2+2.7−1.4個の観測源を報告した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 JWSTによる最初の深紫外赤外カメラサーベイで、z > 9の銀河候補はいくつ同定可能か？
• RQ2 高赤方偏移銀河の観測数は、低赤方偏移でのUV絶対等級関数の外挿予測と一致するか？
• RQ3 z ≈ 10.6およびz ≈ 12.2の明るい銀河（M_UV ≲ -21）の検出の有意性は何か？理論的期待値と比べてどうか？
• RQ4 A2744領域におけるレンズ効果の増幅は、観測された源数および赤方偏移推定にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ5 候補銀河はJWSTサイクル2における分光的確認に適しているか？また、どのような物理的性質が測定可能か？

主な発見

• z > 9の5つの色選択銀河候補が同定され、そのうちz ≈ 10.6およびz ≈ 12.2の2つはM_UV ≲ -21であり、高い固有の明るさを示している。
• z > 9の検出源数は、非進化型UV絶対等級関数と概ね整合的であるが、z > 10の2つの明るい源は理論的予測を著しく上回っている。
• z > 10の観測源数は2+2.7−1.4であり、理論的予測はLFモデルに応じて<0.01から0.6の間で変動するため、顕著な過剰が生じている。
• z ≈ 10.6およびz ≈ 12.2の2つの明るい銀河の検出は、理論的予測を10倍以上上回っており、現在のLF外挿法に課題を提示している可能性がある。
• 初期のレンズモデルでは、HFF A2744並行領域と比較して、増幅が2–10倍高い可能性があると示唆されたが、候補銀河には強いせん断は観測されなかった。
• 候補銀河は、JWSTサイクル2における分光的追跡観測に最適な標的であり、赤方偏移の確認、星形成率、ダスト含有量、ガス金属量の測定が可能である。