[论文解读] Overview of the JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES)

Daniel J. Eisenstein, Chris J. Willott+76 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用 104

一句话总结

论文展示了 JADES 的设计、动机和观测策略——这是一个大型 JWST 计划，结合 GOODS-S 和 GOODS-N 的深度 NIRCam 成像和 NIRSpec 光谱学，以研究从宇宙早期到宇宙中午时段的星系演化。

ABSTRACT

We present an overview of the James Webb Space Telescope (JWST) Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), an ambitious program of infrared imaging and spectroscopy in the GOODS-S and GOODS-N deep fields, designed to study galaxy evolution from high redshift to cosmic noon. JADES uses about 770 hours of Cycle 1 guaranteed time largely from the Near-Infrared Camera (NIRCam) and Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) instrument teams. In GOODS-S, in and around the Hubble Ultra Deep Field and Chandra Deep Field South, JADES produces a deep imaging region of ~42 arcmin^2 with over 100 hrs of exposure time spread over 9 NIRCam filters, including two medium-band filters. This is extended at medium depth in GOODS-S and GOODS-N with NIRCam imaging of ~167 arcmin^2, averaging 25 hrs of exposure over 8-10 filters. In both fields, we conduct extensive NIRSpec multi-object spectroscopy, including 2 deep pointings of 55 hrs exposure time, 14 medium pointings of ~12 hrs, and 15 shallower pointings of ~4 hrs, targeting over 5000 HST and JWST-detected faint sources with 5 low, medium, and high-resolution dispersers covering 0.6-5.3 um. Finally, JADES extends redward via coordinated parallels with the JWST Mid-Infrared Instrument (MIRI), featuring ~10 arcmin^2 with 43 hours of exposure at 7.7 um and thrice that area with 1.4-6.8 hours of exposure at 12.8 um and 15 um. For nearly 30 years, the GOODS-S and GOODS-N fields have been developed as the premier deep fields on the sky; JADES is now providing a compelling start on the JWST legacy in these fields.

研究动机与目标

• 利用 JWST 的红外能力，推动从最早时期到宇宙中午的星系演化研究。
• 描述在 GOODS-S 与 GOODS-N 最大化成像与光谱观测的 survey 设计。
• 解释成像-光谱协同如何提升红移、SED 与物理性质测量的准确性。
• 建立一个深度 NIRCam 成像、深度 NIRSpec 光谱以及协调 MIRI 并行观测的遗产数据集。

提出的方法

• 使用 ~770 小时的一阶段 Guaranteed Time，主要分配给 NIRCam 与 NIRSpec，辅以 MIRI 贡献。
• 在 GOODS-S/N 进行深区成像（约 ~45 arcmin2）覆盖 ~130 小时，9 个 NIRCam 滤镜，以及中深度成像覆盖 ~175 arcmin2（8–10 滤镜）。
• 进行广泛的 NIRSpec MOS 光谱学，包括 55 小时的深点位观测、约 12 小时的中等深度点位观测，以及约 4 小时的浅层点位观测，以在 0.6–5.3 μm 的波段内定位超过 5000 个源。
• 与 JWST/MIRI 协调平行观测，将覆盖扩展至 ~9 arcmin2 在 7.7 μm，以及在 12.8 μm 的额外区域。
• 利用 instrument-team 的专业知识最大化成像与光谱的性能，并打造稳健的 JADES 数据遗产。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将 JWST 的成像与光谱结合起来，以最好地约束从 z>10 到 z~2–3 的星系形成与演化？
• RQ2 JADES 的深度与覆盖面积对测量光度函数和恒星质量函数，以及在 GOODS-S/N 追踪大尺度结构有何涵义？
• RQ3 如何利用 rest-frame UV-to-optical 光谱诊断（发射线、断裂）来推断高红移的星形成历史、金属丰度和尘埃性质？
• RQ4 在 JADES 显示出的早期星系演化中，罕见群体（如遮蔽星系、AGN）和环境效应的作用是什么？

主要发现

• JADES 是 JWST 第1周期中最大的计划，约 770 小时，NIRCam 与 NIRSpec（含 MIRI 支持）之间大致均分。
• 在 GOODS-S，JADES 产生一个深度成像区域约 45 arcmin2，约 130 小时曝光，覆盖 9 个 NIRCam 滤镜，还扩展到 ~175 arcmin2 的中深度成像，覆盖 8–10 个滤镜。
• 在 GOODS-S 与 GOODS-N，调查提供广泛的 NIRSpec 多对象光谱，包括 2 个深度点位（各 ~55 小时）、14 个中深度点位（~12 小时）和 15 个浅层点位（ ~4 小时），目标对象 >5000 个微弱源，覆盖 0.6–5.3 μm 的 5 种色散元。
• JADES 向后延伸并行观测 MIRI：约 9 arcmin2 在 7.7 μm，约 43 小时；以及约 18 arcmin2（面积翻倍）在 12.8 μm，曝光 2–6.5 小时。
• 该计划强调两场观测策略（GOODS-S 和 GOODS-N），以减小宇宙方差并最大化深场科学的遗产价值。
• 设计强调成像-光谱强协同，能够实现鲁棒的红移测量、改进的 SED 模型以及在 ΛCDM 框架内对星系演化的研究提升。