[论文解读] Most Luminous z=9-10 Galaxies: A First Determination of the Bright End of the z~9 and z~10 UV Luminosity Functions using all five CANDELS Fields

R. J. Bouwens, Pascal A. Oesch+15 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 7被引用 16

一句话总结

本研究利用所有五个CANDELS场的HST/WFC3/IR与Spitzer/IRAC数据组合，识别出14个z≈9–10的高概率星系，其中包括通过针对性的10轨道HST后续观测程序新发现的4个源。该研究首次实现了对z~9和z~10红移处明亮端紫外光度函数的稳健测定，发现其光度密度约为从低红移外推趋势的2倍低。

ABSTRACT

The deep, wide-area (900 arcmin**2) WFC3/IR + Spitzer/IRAC observations over the CANDELS program represents a significant resource for constraining the bright end of the z~9 and z~10 UV luminosity functions (LFs). We recently reported the discovery of 6 luminous z~9-10 candidates over the GOODS-North+South fields, but extending this search to the full CANDELS program was impeded by the lack of HST-depth 1.05-micron observations in the other 3 CANDELS fields. Here we attempt to significantly realize the potential of CANDELS for z=9-10 science by combining a search over all 5 fields with results from a new HST program (B9-CANDELS) designed to follow up the highest-probability z~9-10 galaxy candidates with observations at 1.05 microns. The targeted z~9-10 candidates are preselected by taking advantage of the full HST, Spitzer/IRAC S-CANDELS observations, and the deepest-available ground-based optical+near-IR observations. With our follow-up program now 91% complete, we identify 4 new high-probability z~9-10 galaxies in just 10 orbits. This brings our total sample of bright z~9-10 galaxies to 14, including several other new sources from the CANDELS GOODS + ERS fields.Through extensive simulations, we replicate the selection process for our sample (both the preselection and follow-up) and obtain an accurate estimate of the volume density of bright galaxies (M_{UV,AB} 0.4L*), the luminosity densities we find at z~9 and z~10 are ~2x lower than the extrapolated trends. We would expect significant additional gains in these results from the on-going 500-orbit BoRG[z910] program and by obtaining additional follow-up observations over the CANDELS-WIDE fields.

研究动机与目标

• 利用CANDELS巡天的深空广域观测数据，确定z~9和z~10红移处明亮端紫外光度函数（LF）。
• 通过为高概率z~9–10星系候选者获取1.05微米的HST后续观测，克服CANDELS计划先前的局限性。
• 通过整合来自HST、Spitzer/IRAC和地面观测的多波段数据，提高高红移星系检测的统计可靠性。
• 通过广泛模拟选择与后续过程，估算z~9和z~10红移处明亮星系的体积密度。

提出的方法

• 利用所有五个CANDELS场的完整HST和Spitzer/IRAC S-CANDELS数据，对z~9–10候选星系进行预选。
• 通过B9-CANDELS计划，对最高概率候选者实施1.05微米波段的针对性HST后续观测。
• 整合当前最深的地面光学与近红外数据，以改善光谱红移估计和源可靠性。
• 利用广泛模拟来建模完整的选源与后续过程，从而实现对体积密度和光度函数参数的准确估计。
• 应用AB星等系统测量紫外绝对星等（M_UV,AB），并与高红移处的L*值进行比较。
• 通过统计分析推导z~9和z~10红移处的紫外光度函数，重点关注明亮端（M_UV,AB ≤ -20.5），并与从低红移外推的趋势进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在z~9和z~10红移处，明亮星系的真实体积密度是多少，特别是紫外光度函数的明亮端？
• RQ2 z~9和z~10红移处的观测光度密度与从低红移光度函数外推的趋势相比如何？
• RQ3 选择与后续程序在多大程度上对高红移星系的检测造成偏差？能否通过模拟进行校正？
• RQ4 CANDELS-WIDE场对z~9–10星系整体普查的贡献如何？未来后续观测将如何提升检测率？
• RQ5 BoRG[z910]计划的结果与现有CANDELS数据相比，在约束明亮端光度函数方面有何差异？

主要发现

• 本研究共识别出14个高概率的z≈9–10星系，其中包括通过仅10个HST轨道的针对性后续观测新发现的4个源。
• 通过模拟完整选源与后续过程，准确估算了z~9和z~10红移处明亮星系（M_UV,AB ≤ -20.5）的体积密度。
• z~9和z~10红移处的光度密度约为从低红移光度函数趋势外推结果的2倍低。
• 研究结果表明，使用HST和Spitzer进行深空广域巡天，是探测高红移紫外光度函数明亮端的可行且必要手段。
• 研究指出，正在进行的500轨道BoRG[z910]计划以及未来在CANDELS-WIDE场的后续观测将带来显著改进。
• 多波段数据与针对性后续观测的结合，实现了对z~9–10紫外光度函数的稳健、模拟校准测定，为高红移星系研究设立了新基准。