[论文解读] Early Results from GLASS-JWST. XIX: A High Density of Bright Galaxies at $z\approx10$ in the Abell 2744 Region

M. Castellano, A. Fontana+39 more|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究利用GLASS-JWST、UNCOVER和DDT#2756项目提供的深空JWST/NIRCam成像数据，在Abell 2744场中检测到七个红移$z\approx10$的明亮星系。通过采用结合MUSE光谱红移的改进强引力透镜模型，并将放大率限制在$\mu<5$，作者发现该区域星系数密度比平均值高出3至10倍，表明可能存在一个需要光谱确认的星系过密区。

ABSTRACT

We report the detection of a high density of redshift $z\approx 10$ galaxies behind the foreground cluster Abell 2744, selected from imaging data obtained recently with NIRCam onboard {\it JWST} by three programs -- GLASS-JWST, UNCOVER, and DDT\#2756. To ensure robust estimates of the lensing magnification $μ$, we use an improved version of our model that exploits the first epoch of NIRCam images and newly obtained MUSE spectra, and avoids regions with $μ&gt;5$ where the uncertainty may be higher. We detect seven bright $z\approx 10$ galaxies with demagnified rest-frame $-22 \lesssim M_{ m UV}\lesssim -19$ mag, over an area of $\sim37$ sq. arcmin. Taking into account photometric incompleteness and the effects of lensing on luminosity and cosmological volume, we find that the density of $z\approx 10$ galaxies in the field is about $10 imes$ ($3 imes$) larger than the average at $M_{UV}\approx -21~ (-20)$ mag reported so far. The density is even higher when considering only the GLASS-JWST data, which are the deepest and the least affected by magnification and incompleteness. The GLASS-JWST field contains 5 out of 7 galaxies, distributed along an apparent filamentary structure of 2 Mpc in projected length, and includes a close pair of candidates with $M_{ m UV}&lt; -20$ mag having a projected separation of only 16 kpc. These findings suggest the presence of a $z\approx 10$ overdensity in the field. In addition to providing excellent targets for efficient spectroscopic follow-up observations, our study confirms the high density of bright galaxies observed in early {\it JWST} observations, but calls for multiple surveys along independent lines of sight to achieve an unbiased estimate of their average density and a first estimate of their clustering.

研究动机与目标

• 利用早期JWST数据，在Abell 2744场中识别并表征红移$z\approx10$的高红移星系。
• 通过校正引力透镜放大效应和宇宙学方差，评估$z\approx10$星系的真实数密度。
• 评估观测到的高密度是否源于物理上的星系过密区，还是偶然的星系重叠。
• 提供一个稳健、高保真的引力透镜模型，以改善光度红移和星等估计。
• 为NIRSpec后续光谱观测识别高优先级目标。

提出的方法

• 整合来自三个JWST项目的深空NIRCam成像数据：GLASS-JWST、UNCOVER和DDT#2756，覆盖Abell 2744场约37平方角分的区域。
• 利用首次观测的NIRCam数据和新的MUSE光谱红移数据，构建改进的引力透镜模型，以更准确地估算放大率$\mu$，并降低不确定性。
• 将分析限制在$\mu<5$的区域，以最小化模型不确定性，并确保放大率校正的可靠性。
• 利用光度红移和Lyman蓝移特征筛选$z\approx10$候选星系，并通过已知的混淆体群体验证其稳健性。
• 在三个紫外星等区间（$-22 \lesssim M_{\rm UV} \lesssim -19$）内计算数密度，并与其它JWST巡天结果比较，以评估宇宙学方差的影响。
• 执行完备性校正，并考虑宇宙学体积效应，以推导星系的本征数量。

实验结果

研究问题

• RQ1 Abell 2744场中观测到的$z\approx10$星系高密度是统计涨落还是真实的星系过密区？
• RQ2 在修正引力透镜放大率和巡天不完全性后，明亮$z\approx10$星系的真实数密度是多少？
• RQ3 所检测到的星系是否如其空间分布所示，属于丝状结构或致密星系群？
• RQ4 光谱红移能否确认光度红移结果，并排除稀有低红移混淆体的污染？
• RQ5 Abell 2744场中观测到的星系密度与其它JWST场的平均值相比如何？这对宇宙学方差意味着什么？

主要发现

• 检测到七个具有去放大后休息框架紫外星等在$-22$至$-19$等之间的$z\approx10$明亮星系。
• Abell 2744区域中$z\approx10$星系的数密度在不同星等区间内比其它JWST巡天的平均值高出3至10倍。
• 七颗星系中有五颗在投影长度约2 Mpc的丝状结构上呈空间对齐。
• 一颗星系经光谱确认红移为$z=9.3127$，支持了光度红移的估计结果。
• 改进的引力透镜模型结合MUSE光谱和多图像信息，显著降低了放大率估计的不确定性，尤其在$\mu<5$区域。
• 该样本包括此前在首个GLASS-JWST数据发布中报告的两颗星系，证实了检测方法的稳健性。