[论文解读] EPOCHS Paper II: The Ultraviolet Luminosity Function from $7.5

Nathan Adams, Christopher J. Conselice+35 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2023

Atmospheric Ozone and Climate被引用 17

一句话总结

本研究利用 JWST/PEARLS 空白场数据覆盖 7.5<z<13.5 的紫外光发光度函数与星形成率密度，面积为 180 平方角分，结果显示 z=8–9 的密度与 HST 一致，z=12.5 的密度高于模拟，并总体支持到 z~8 的星系驱动再电离。

ABSTRACT

We present an analysis of the ultraviolet luminosity function (UV LF) and star formation rate density of distant galaxies ($7.5 &lt; z &lt; 13.5$) in the `blank' fields of the Prime Extragalactic Areas for Reionization Science (PEARLS) survey combined with Early Release Science (ERS) data from the CEERS, GLASS, NGDEEP surveys/fields and the first data release of JADES. We use strict quality cuts on EAZY photometric redshifts to obtain a reliable selection and characterisation of high-redshift ($z&gt;6.5$) galaxies from a consistently processed set of deep, near-infrared imaging. Within an area of 180 arcmin$^{2}$, we identify 1046 candidate galaxies at redshifts $z&gt;6.5$ and we use this sample to study the ultraviolet luminosity function (UV LF) in four redshift bins between $7.5

研究动机与目标

• 测量距离较远的星系在红移范围 7.5<z<13.5 内的紫外光发光度函数（UV LF）和星形成率密度（SFRD）。
• 构建一个在多项调查中通过一致处理的 JWST NIRCam 成像数据，形成可靠的高红移星系样本，以最小化系统误差。
• 评估紫外光发光度函数随红移的演化，并将结果与以往的 HST 测量及理论预测进行比较。
• 评估宇宙方差在塑造高红移星系密度中的作用及对再电离的影响。
• 为未来在早期宇宙推导星系属性（如恒星质量、星形成属性）奠定基础。

提出的方法

• 用一致的流程重新处理来自 PEARLS、CEERS、GLASS、NGDEEP、JADES 和 SMACS 的 JWST NIRCam 成像，生成 0.03 arcsec/pixel 的镶嵌图。
• 在 0.32 arcsecond 的孔径中进行强制测光，使用 PSF 校正的通量和具有代表性的孔径修正。
• 使用 200 个空孔径的 NMAD 来估计每个场的光度深度，获得现实的光度误差。
• 使用 EAZY-py 配合 Larson 等人 (2023a) 的模板（偏蓝、发射线丰富）进行光度红移；在多个度量（P(z)、chi^2、delta chi^2、尺寸检查）上执行稳健的高-z 选择标准。
• 通过用 Sonora Bobcat 模板进行 SED 拟合来识别并去除棕矮星，以尽量减少恒星污染。
• 将 UV LF 的测量限制在 7.5<z<13.5 的红shift区间，并限定在未发生引力透镜放大的空场区域，以避免透镜模型不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在深度、空场的 JWST 视场中，7.5<z<13.5 的四个红移区间内的紫外发光度函数是什么？
• RQ2 推导的 UV LF 与过去的 HST 测量及早期 JWST 结果在 z~8–12 的比较如何？
• RQ3 UV LF 暗示的星形成率密度对 z>6.5 时星形成效率和驱动再电离的因素有何指示？
• RQ4 宇宙方差在多小面积 JWST 调查中对推断的高-z 星系数密度影响到何种程度？

主要发现

• 1046 候选星系，z>6.5，在 180 arcmin^2 内识别。
• 在 7.5<z<13.5 的四个红移区间内获得稳健高-z 样本的 UV LF 测量。
• 在 z=8 和 z=9 的星系数密度与以往的 HST 观测结果一致。
• z=10.5 的密度介于早期 JWST 结果和过去的 HST 结果之间，表明宇宙方差可能是此前高密度的原因之一。
• 在 z=12.5 的 UV 明亮星系密度高于模拟预测。
• 星形成率密度在很大程度上与恒定的星形成效率一致，并略低于一些先前基于 JWST 的估计，支持在 z≤8 时由星系驱动的再电离。