[论文解读] Early results from GLASS-JWST. III: Galaxy candidates at z$\sim$9-15

M. Castellano, A. Fontana+28 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 8

一句话总结

本研究利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）早期释放科学计划中GLASS-JWST对阿贝斯2744星系团侧翼场的深度近红外相机（NIRCam）成像，首次对红移z ∼ 9–15的星系候选体进行了搜索。通过莱曼断续技术与光度红移法，识别出五个z > 9的色选候选体，其中包括两颗在z ≈ 10.6和z ≈ 12.2的明亮星系，其亮度显著超出标准紫外光度函数外推的预期值。

ABSTRACT

We present the results of a first search for galaxy candidates at z$\sim$9--15 on deep seven-bands NIRCam imaging acquired as part of the GLASS-JWST Early Release Science Program on a flanking field of the Frontier Fields cluster A2744. Candidates are selected via two different renditions of the Lyman-break technique, isolating objects at z$\sim$9-11, and z$\sim$9-15, respectively, supplemented by photometric redshifts obtained with two independent codes. We find five color-selected candidates at z$>$9, plus one additional candidate with photometric redshift z$_{phot}\geq$9. In particular, we identify two bright candidates at $M_{UV}\simeq -21$ that are unambiguously placed at $z\simeq 10.6$ and $z\simeq 12.2$, respectively. The total number of galaxies discovered at $z>9$ is in line with the predictions of a non-evolving LF. The two bright ones at $z>10$ are unexpected given the survey volume, although cosmic variance and small number statistics limits general conclusions. This first search demonstrates the unique power of JWST to discover galaxies at the high redshift frontier. The candidates are ideal targets for spectroscopic follow-up in Cycle$-2$.

研究动机与目标

• 利用早期JWST数据识别并表征红移z ∼ 9–15的高红移星系候选体。
• 检验观测到的高红移星系数与基于紫外光度函数（LF）理论预测的一致性。
• 评估宇宙方差、强引力透镜放大效应以及小样本统计对高红移源检测的影响。
• 为JWST第二周期光谱后续观测识别可靠目标，以确认红移并测量物理性质。
• 评估莱曼断续法与光度红移技术在JWST首个人深近红外相机巡天中的表现。

提出的方法

• 应用两种莱曼断续技术版本，利用七波段NIRCam测光数据，分别分离出z ∼ 9–11和z ∼ 9–15的星系。
• 使用两种独立代码（EAzY和zphot）计算光度红移，以交叉验证结果。
• 采用SExtractor进行源检测，T-PHOT用于密集场中的测光，同时仔细处理孔径与背景估计。
• 应用引力透镜放大模型（如Bergamini et al. 2022）以评估潜在的放大效应，但由于距离星系团核心较远，不确定性较高。
• 估算巡天的完备性与体积，以校正观测偏差，并与理论LF预测进行比较。
• 采用Gehrels（1986）方法计算源计数的泊松分布与宇宙方差不确定性，报告在z > 10时观测到2+2.7−1.4个源。

实验结果

研究问题

• RQ1 在JWST的首次深度NIRCam巡天中，能识别出多少个z > 9的星系候选体？
• RQ2 观测到的高红移星系数是否与从低红移外推的紫外光度函数预测一致？
• RQ3 在z ≈ 10.6和z ≈ 12.2处检测到两颗明亮星系（M_UV ≲ -21）的意义是什么？其与理论预期相比如何？
• RQ4 阿贝斯2744场中的引力透镜放大效应在多大程度上影响了观测到的源计数与红移估计？
• RQ5 这些候选体是否适合作为JWST第二周期光谱确认的目标？可测量哪些物理性质？

主要发现

• 在z > 9处识别出五个色选星系候选体，其中两颗位于z ≈ 10.6和z ≈ 12.2，且M_UV ≲ -21，表明其具有高本征光度。
• 在z > 9处检测到的源数与非演化紫外光度函数总体一致，但z > 10处的两颗明亮星系数量显著多于预测。
• 在z > 10处观测到的源数为2+2.7−1.4，而理论预测范围为<0.01至0.6个，取决于LF模型，表明存在显著过剩。
• 在z ≈ 10.6和z ≈ 12.2处检测到两颗明亮星系，其数量超出预期达10倍以上，提示当前紫外光度函数外推可能存在问题。
• 初步的透镜建模表明，放大率可能比HFF A2744并行场高出2–10倍，尽管候选体未表现出强剪切效应。
• 这些候选体是JWST第二周期光谱后续观测的理想目标，可用于确认红移，并测量恒星形成率、尘埃含量与气体金属丰度。