[论文解读] Bright z~9 Galaxies in Parallel: The Bright End of the Rest-UV Luminosity Function from HST Parallel Programs

Micaela B. Bagley, Steven L. Finkelstein+8 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 11

一句话总结

本研究通过哈勃空间望远镜纯并行巡天，利用多波段测光和完备性修正，从13个 $z\sim9$ 的明亮星系中测量了高红移明亮端的紫外波段星等函数。结果表明，星系数量密度与以往并行场巡天一致，并发现 $M_{\mathrm{UV}}\sim-22$ 星系存在过剩，提示早期高密度区可能存在较高的恒星形成效率或较低的尘埃消光。

ABSTRACT

The abundance of bright galaxies at z>8 can provide key constraints on models of galaxy formation and evolution, as the predicted abundance varies greatly when different physical prescriptions for gas cooling and star formation are implemented. We present the results of a search for bright z=9-10 galaxies selected from pure-parallel Hubble Space Telescope imaging programs. We include 132 fields observed as part of the Brightest of Reionizing Galaxies survey, the Hubble Infrared Pure Parallel Imaging Extragalactic Survey, and the WFC3 Infrared Spectroscopic Parallel survey. These observations cover a total of 620 sq. arcmin, about 70% of which is also covered with Spitzer Space Telescope infrared imaging. We identify thirteen candidate galaxies in the range 8.3

研究动机与目标

• 利用无关联的纯并行哈勃空间望远镜观测，测量 $z\sim9$ 处明亮端的紫外波段星等函数，以减少宇宙方差。
• 通过结合哈勃空间望远镜与斯皮兹勒望远镜数据的多波段选择方法，识别出红移较高的星系（$M_{\mathrm{UV}}<-21.2$）。
• 通过应用详细的测光和形态学选择标准，最小化污染同时保持样本的完备性。
• 利用模拟源和放大校正，量化样本的完备性和污染率。
• 通过测量 $z\sim9$ 处明亮星系的丰度，为星系形成模型提供稳健约束，这些星系对理解宇宙再电离过程至关重要。

提出的方法

• 整合了来自三个巡天（BORG、HIPPIES 和 WISP）的132个纯并行哈勃空间望远镜场，覆盖620平方角分，且与斯皮兹勒/IRAC数据重叠。
• 使用 $Y_{105}, J_{125}, H_{160}$ 波段测光及 $Y_{105}-J_{125}$、$J_{125}-H_{160}$ 暗灭（dropout）标准，筛选出 $z\sim9-10$ 的候选星系。
• 应用完整的多波段选择流程，包括使用 EAZY 进行 SED 拟合和测光红移估计，以减少误报。
• 通过将明亮的 $z=1-4$ 星系变暗并重新应用选择标准，量化污染率，发现污染率在1–3%之间（WISP 场最高达12.9%）。
• 对三个具有邻近明亮星系的源，使用强引力透镜模型校正了引力透镜放大效应。
• 采用伪分箱技术结合 MCMC 分析测量紫外波段星等函数，整合了星等不确定性和有效体积。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $z\sim9$ 处，$M_{\mathrm{UV}}<-21.2$ 星系的数量密度是多少？其与星系形成模型预测值相比如何？
• RQ2 纯并行哈勃空间望远镜观测在测量紫外波段星等函数明亮端时，能在多大程度上减少宇宙方差？
• RQ3 观测到的明亮 $z\sim9$ 星系是否与从低红移平滑演化而来的 Schechter 函数一致？
• RQ4 在深、浅并行场中，低红移混淆星系的污染率是多少？
• RQ5 所识别的候选星系是否位于可能促成早期宇宙再电离的高密度区？

主要发现

• 在红移范围 $8.3<z<11$ 内识别出13个候选星系，其 $24.5<m_{H}<26.5$（对应 $-22.9<M_{\mathrm{UV}}<-21.2$），来自132个无关联的哈勃空间望远镜并行场。
• 明亮 $z\sim9$ 星系的数量密度与 Finkelstein 等人（2022）及其他哈勃望远镜并行巡天结果一致，表明宇宙方差较低。
• 低红移星系的污染率较低，多数场中为1–3%，WISP 场最高达12.9%。
• 通过伪分箱与 MCMC 分析得到的紫外波段星等函数显示，$M_{\mathrm{UV}}\sim-22$ 星系数量显著多于平滑演化的 Schechter 函数预测。
• 该样本与在明亮端呈平坦或轻微上升的星等函数一致，提示在 $z\sim9$ 时可能存在增强的恒星形成效率或减少的尘埃消光。
• 其中5个候选星系将在第一周期由詹姆斯·韦布空间望远镜 NIRSpec 棱镜模式进行观测，证实其作为光谱后续观测的高优先级目标潜力。