[论文解读] A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era (ASPIRE): JWST Reveals a Filamentary Structure around a z=6.61 Quasar

Feige Wang, Jinyi Yang+57 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

利用詹姆斯·韦布空间望远镜/NIRCam的观测，ASPIRE巡天在红移z=6.61的类星体周围探测到一个星系的丝状结构，揭示了在z=5.4和z=6.2处的两个星系团块，共识别出31个[O III]发射线星系。研究结果表明，高红移[O III]发射线星系表现出强烈的聚集性，并凸显了早期超大质量黑洞周围复杂且多波段的环境特征。

ABSTRACT

We present the first results from the JWST ASPIRE program (A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era). This program represents an imaging and spectroscopic survey of 25 reionization-era quasars and their environments by utilizing the unprecedented capabilities of NIRCam Wide Field Slitless Spectroscopy (WFSS) mode. ASPIRE will deliver the largest ($\sim280~{ m arcmin}^2$) galaxy redshift survey at 3-4 $μ$m among JWST Cycle-1 programs and provide extensive legacy values for studying the formation of the earliest supermassive black holes (SMBHs), the assembly of galaxies, early metal enrichment, and cosmic reionization. In this first ASPIRE paper, we report the discovery of a filamentary structure traced by the luminous quasar J0305-3150 and ten [OIII] emitters at $z=6.6$. This structure has a 3D galaxy overdensity of $δ_{ m gal}=12.6$ over 637 cMpc$^3$, one of the most overdense structures known in the early universe, and could eventually evolve into a massive galaxy cluster. Together with existing VLT/MUSE and ALMA observations of this field, our JWST observations reveal that J0305-3150 traces a complex environment where both UV-bright and dusty galaxies are present, and indicate that the early evolution of galaxies around the quasar is not simultaneous. In addition, we discovered 31 [OIII] emitters in this field at other redshifts, $5.3

研究动机与目标

• 利用深度光谱巡天研究红移z≈6–7时最早超大质量黑洞（SMBHs）的宇宙环境。
• 表征z=6.61高红移类星体周围的大尺度结构与星系群体。
• 确定高红移[O III]发射线星系的聚集特性及其与类星体宿主环境的关联。
• 通过多波段观测评估尘埃星系与紫外明亮星系在早期宇宙中的作用。
• 评估[O III]发射线星系作为再电离末期宇宙结构示踪剂的适用性。

提出的方法

• 利用詹姆斯·韦布空间望远镜/NIRCam进行深度近红外成像与光谱观测，探测z=6.61类星体J0305–3150周围的微弱高红移星系。
• 通过窄带成像识别[O III]发射线星系，并利用光谱后续观测确认红移。
• 结合詹姆斯·韦布空间望远镜数据与档案中的哈勃望远镜及ALMA观测数据，实现对星系性质的多波段表征。
• 通过光度与形态分析，基于SED拟合与SED形态将星系分类为尘埃遮蔽的星形成星系或紫外明亮星系。
• 采用空间聚集分析量化在z=5.4和z=6.2处[O III]发射线星系相对于类星体场的团块程度。
• 利用米库利斯基空间望远镜档案（MAST）与光度测量工具（Photutils）进行源检测与光度测量。

实验结果

研究问题

• RQ1 z=6.61类星体J0305–3150周围的星系在大尺度空间上如何分布？
• RQ2 [O III]发射线星系在z≈5.3–6.7的性质如何与类星体的环境相关联？
• RQ3 高红移[O III]发射线星系是否在类星体周围聚集？这对其作为宇宙结构示踪剂的角色有何启示？
• RQ4 类星体附近星系群体中，尘埃星形成星系与紫外明亮星系的混合比例如何？
• RQ5 多波段观测（詹姆斯·韦布空间望远镜、哈勃望远镜、ALMA）如何提升对早期星系群体的表征能力？

主要发现

• 探测到从z=6.61类星体J0305–3150延伸出的星系丝状结构，表明其环境复杂且范围广阔。
• 在红移5.3至6.7之间识别出31个[O III]发射线星系，其中一半位于z=5.4和z=6.2的两个显著团块中。
• 在z=5.4和z=6.2处的团块表现出强烈的空间聚集性，表明[O III]发射线星系可有效追踪高红移的大尺度结构。
• 类星体环境包含多样化的星系群体，包括紫外明亮星系与尘埃遮蔽的星形成星系，暗示存在复杂的反馈与吸积过程。
• 在单一ASPIRE观测场中意外发现两个团块，表明[O III]发射线星系高度聚集，可能作为早期宇宙结构的强大示踪剂。
• 来自詹姆斯·韦布空间望远镜、哈勃望远镜与ALMA的多波段数据揭示，类星体周围环境动力学复杂，含有显著的尘埃含量并持续发生星形成活动。