[论文解读] EPOCHS I. The Discovery and Star Forming Properties of Galaxies in the Epoch of Reionization at $6.5 < z < 18$ with PEARLS and Public JWST data

Christopher J. Conselice, Nathan Adams+33 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用 6

一句话总结

本论文介绍了在 JWST NIRCam 数据的统一降噪处理下，发现、属性与一个包含 1165 颗高红移星系的目录，范围为 6.5 < z < 18，来自 PEARLS 和公开场域数据，描述选择、完整性与基本星系属性，以便进行后续的 EPOCHS 系列分析。

ABSTRACT

We present in this paper the discovery, properties, and a catalog of 1165 high redshift $6.5 < z < 18$ galaxies found in deep JWST NIRCam imaging from the GTO PEARLS survey combined with data from JWST public fields. We describe our bespoke homogeneous reduction process and our analysis of these areas including the NEP, CEERS, GLASS, NGDEEP, JADES, and ERO SMACS-0723 fields with over 214 arcmin$^{2}$ imaged to depths of $\sim 30$ mag. We describe our rigorous methods for identifying these galaxies, involving the use of Lyman-break strength, detection significance criteria, visual inspection, and integrated photometric redshifts probability distributions predominately at high redshift. Our sample is a robust and highly pure collection of distant galaxies from which we also remove brown dwarf stars, and calculate completeness and contamination from simulations. We include a summary of the basic properties of these $z > 6.5$ galaxies, including their redshift distributions, UV absolute magnitudes, and star formation rates. Our study of these young galaxies reveals a wide range of stellar population properties as seen in their colors and SED fits which we compare to stellar population models, indicating a range of star formation histories, dust, AGN and/or nebular emission. We find a strong trend exists between stellar mass and $(U-V)$ color, as well as the existence of the `main-sequence' of star formation for galaxies as early as $z \sim 12$. This indicates that stellar mass, or an underlying variable correlating with stellar mass, is driving galaxy formation, in agreement with simulation predictions. We also discover ultra-high redshift candidates at $z > 12$ in our sample and describe their properties. Finally, we note a significant observed excess of galaxies compared to models at $z > 12$, revealing a tension between predictions and our observations.

研究动机与目标

• 构建一个健壮、同质化的 z > 6.5 星系目录，涵盖多个深场的 JWST NIRCam 成像。
• 描述数据降维流程和同质化分析，以尽量减少跨场的偏差和系统误差。
• 通过仿真评估完整性和污染情况，确保样本纯度，以便后续 EPOCHS 系列分析。

提出的方法

• 使用定制流水线重新处理未经过校准的 JWST NIRCam 数据，以在各场之间生成同质化的成像与目录。
• 使用双图像模式，以 F277W、F356W 和 F444W 的逆方差加权叠加用于源检测，并在直径 0.32 arcsec 的强制孔径光度测量。
• 使用空孔径和 NMAD 基于局部深度估计来计算每个场的光度深度，以推导现实的光度误差。
• 结合多波段 JWST 数据与可用的 HST 数据来计算光谱光红移并识别 z > 6.5 的候选对象。
• 屏蔽缺陷并在引力透镜场中排除 cluster-module 来源，以避免 ICL 与强引 lens 污染。
• 把天文测量对齐锚定到 GAIA DR3，并标准化图像对齐以确保跨场一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在深 JWST 场中识别的 z > 6.5 星系的红移分布和数密度是多少？
• RQ2 这些星系在红移和观测场之间的表观性质（UV 光度、恒星质量、恒星形成率）如何变化？
• RQ3 考虑所采用的选择标准，z > 6.5 星系样本的完整性和污染水平是多少？
• RQ4 在这些早期时期是否存在“主序”星形成的证据，以及它与恒星质量的关系？
• RQ5 观测到的最高红移的星系数量与宇宙大尺度形成模型的预测相比如何？

主要发现

• 使用同质化降重和选择流程，在 11 个深 JWST 场中识别出一个健壮的 1165 个高红移星系样本 (6.5 < z < 18)。
• 恒星质量与静止系颜色 (U-V) 之间存在强烈趋势，并且有证据表明星形成的“主序”延伸至 z ~ 12。
• 样本显示出广泛的恒星族群，表明星形成历史、尘埃含量、AGN 和/或星云辐射的影响具有多样性。
• 与星系形成模型的比较显示，在最高红移（z > 12）处观测到的星系显著超出预测。
• 该数据集为后续 EPOCHS 论文构建 UV 光度和恒星质量函数提供了基础性工作。
• 作为样本的一部分，讨论了异常和极高红移候选对象（z > 12）。