[논문 리뷰] The Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP) Survey

Micaela B. Bagley, Nor Pirzkal외 46명|arXiv (Cornell University)|2023. 02. 10.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 13

한 줄 요약

NGDEEP은 JWST 사이클 1 재원 프로그램으로 HUDF의 깊은 NIRISS 슬릿리스 분광법과 HUDF-Par2의 병렬 NIRCam 이미징을 결합하여 0.5 < z < 4에 걸친 저질량 은하의 피드백을 연구하고 rest-UV LF를 z > 12로 확장합니다.

ABSTRACT

We present the Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP) Survey, a deep slitless spectroscopic and imaging Cycle 1 JWST treasury survey designed to constrain feedback mechanisms in low-mass galaxies across cosmic time. NGDEEP targets the Hubble Ultra Deep Field (HUDF) with NIRISS slitless spectroscopy (f~1.2e-18 erg/s/cm^2, 5sigma) to measure metallicities and star-formation rates (SFRs) for low-mass galaxies through the peak of the cosmic SFR density (0.512, constraining the slope of the faint-end of the rest-ultraviolet luminosity function. NGDEEP overlaps with the deepest HST ACS optical imaging in the sky: F435W in the HUDF (m=29.6), and F814W in HUDF-Par2 (m=30), making this a premier HST+JWST Deep Field. As a treasury survey, NGDEEP data is public immediately, and we will rapidly release data products and catalogs in the spirit of previous deep field initiatives. In this paper we present the NGDEEP survey design, summarize the science goals, and detail plans for the public release of NGDEEP reduced data products.

연구 동기 및 목표

• 우주 시간 전반에 걸친 피드백 기작을 저질량 은하에서의 금속함량 및 SFR를 깊은 슬릿리스 분광으로 측정하여 제약한다.
• 질량-금속 관계(MZR)의 저질량 끝과 z ~ 0.5–4에서의 적색편향 진화를 특성화한다.
• z > 9–15에서의 미약 끝 rest-UV 광도함수를 깊은 NIRCam 이미징으로 병렬 필드에서 탐구한다.
• 커뮤니티 전체의 심층 필드 JWST 과학을 가능하게 하는 공개 데이터 릴리즈를 활용한다.

제안 방법

• HUDF에서 NIRISS WFSS(NGDEEP-NIS)를 통해 1–2.2 μm에서 ~1.2–1.5 × 10^-18 erg s^-1 cm^-2(5σ) 수준으로 1000개 이상 은하에 대해 다중 선을 검출한다.
• HUDF-Par2에서 NIRCam 병렬 이미징(NGDEEP-NRC)을 통해 6개 필터에서 ~1–5 μm 구간의 5σ 깊이 30.6–30.9 AB 등급을 달성한다.
• 오차 모델링 및 선 식별을 개선하기 위해 두 가지 NIRISS 그리즘 방향과 약 3도 간격으로 두 위치 각도를 설정한다.
• 출력선 실측 수와 연속체 한계를 예측하기 위한 엔드-투-엔드 시뮬레이션 및 JWST ETC 기반 깊이 예측을 수행한다.
• 심층 필드 전례를 따르는 빠른 산출물 및 카탈로그 릴리즈를 포함한 공개 데이터 릴리즈 계획을 수립한다.
• 고적 깊이 및 영역 중복을 평가하기 위해 JADES/MDS/binning과의 비교를 수행한다.

Figure 1: Left: The NGDEEP logo. The hexagonal shapes represent JWST ’s mirror, with depictions of a variety of astrophysical objects, representing the variety of science possible with our survey. The dispersion of colors represents both the spectroscopic component of NGDEEP, and also the NGDEEP tea

실험 결과

연구 질문

• RQ1 0.5 < z < 4에서 질량-금속 관계(MZR)의 저질량 끝 기울과 그것의 적색편이에 따라 어떻게 진화하는가?
• RQ2 저질량 은하의 Hα 기반 SFR와 UV 기반 SFR은 어떻게 비교되며 M* ≲ 10^9 M⊙에서 z ~ 1–2의 SFMS 산란은 어느 정도인가?
• RQ3 z > 9–15에서 rest-UV 광도함수의 미약 끝 기울은 어떠하며 이것이 초기 은하 형성 및 피드백 모델에 어떤 제약을 주는가?
• RQ4 관측된 금속함량, SFR 및 형태학은 은하 진화 이론 모델과 시뮬레이션에서의 피드백 처방에 어떤 제약을 주는가?
• RQ5 NGDEEP-NRC 필드에서 z > 10–15 은하의 예상 생존 수는 얼마이며 이것이 고적층 은하 형성 시나리오에 어떤 정보를 주는가?

주요 결과

Line or Index	Number (3σ)	Number (5σ)	Redshift Range
Any line	2266	1601
Ly α λ1216	6	1	7.22–17.09
Mg II λλ2796,2804	40	19	2.57–6.87
[O II] λλ3727,3730	464	307	1.68–4.90
[Ne III] λ3870	40	8	1.58–4.68
Hβ λ4863	289	162	1.06–3.52
[O III] λ5008	837	618	1.00–3.39
Hα λ6565	965	676	0.52–2.35
[S II] λλ6718,6732	156	96	0.49–2.27

• NGDEEP-NIS는 z ~ 0.5–4에서 log(M*/M⊙) ≈ 7인 은하 350개 이상에 대해 다중 선 금속함량을 측정하여 저질량 MZR 예측을 검증한다.
• 약 1000명의 저질량 은하에 대해 0.7 ≲ z ≲ 2.3 범위에서 Hα 기반 SFR를 ≈0.1 M⊙ yr^-1 수준으로 측정하여 SFR의 확률적 특성과 SFMS 산란을 정량화한다.
• NGDEEP-NIS는 3σ–5σ의 방출선이 있는 1000개 이상 은하를 검출하여 z ≲ 5까지 R23 및 Ne3O2 같은 금속함량 진단치를 가능하게 한다.
• NGDEEP-NRC는 z > 11에서 ~30–100개의 은하를 발견하고 z ~ 14–15까지 rest-UV 광도함수의 미약 끝을 제약한다.
• NGDEEP은 JADES보다 핵심 필터에서 약 0.3–0.5 mag 더 깊은 깊이를 제공하여 z > 9 드롭아웃 선택 및 Lyα 붕괴 연구를 견고하게 만들어 준다.
• 전반적으로 NGDEEP은 금속함량 및 SFMS 제약을 약 0.2 dex 향상시키고 우주 시간에 따른 저질량 은하 진화를 드러낸다.

Figure 2: The layout of NGDEEP. The background grayscale image is the exposure time map of HST /ACS F814W imaging, shown with logarithmic scaling as given by the scale bar. The NGDEEP NIRISS (NGDEEP-NIS) pointing is shown by the magenta region (in the HUDF), while NGDEEP NIRCam (NGDEEP-NRC) is shown