[论文解读] NGDEEP Epoch 1: The Faint-End of the Luminosity Function at $z \sim$ 9-12 from Ultra-Deep JWST Imaging

Gene C. K. Leung, Micaela B. Bagley+27 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究展示了迄今为止最深的公开JWST/NIRCam成像，F277W波段达到30.4 AB星等的5σ深度，成功识别出HUDF-Par2场中38个可靠的z ≳9星系候选体。研究测量了z ∼9和z ∼11处的rest-frame紫外光度函数，发现其在暗端斜率上无显著演化（z ∼9时α = −2.5 ± 0.4，z ∼11时α = −2.2 ± 0.2），部分理论模型在暗端星系数上比在亮端更符合观测结果。

ABSTRACT

We present a robust sample of very high-redshift galaxy candidates from the first epoch of {\it JWST}/NIRCam imaging from the Next Generation Extragalactic Exploratory Deep (NGDEEP) Survey. The NGDEEP NIRCam imaging in the Hubble Ultra Deep Field Parallel Field 2 (HUDF-Par2) reaches $m=30.4$ (5$σ$, point-source) in F277W, making it the deepest public {\it JWST} GO imaging dataset to date. We describe our detailed data reduction process of the six-filter broad-band {\it JWST}/NIRCam imaging, incorporating custom corrections for systematic effects to produce high-quality calibrated images. Using robust photometric redshift selection criteria, we identify a sample of 38 $z \gtrsim 9$ galaxy candidates. These objects span a redshift range of $z=8.5-15.8$, and apparent magnitudes of $m_\mathrm{F277W} = 27-30.5$ AB mag, reaching $\sim 1.5$ mag deeper than previous public {\it JWST} imaging surveys. We calculate the rest-frame ultraviolet (UV) luminosity function at $z \sim$ 9 and 11, and present a new measurement of the luminosity function faint-end slope at $z \sim 11$. There is no significant evolution in the faint-end slope and number density from $z=9$ to 11. Comparing our results with theoretical predictions, we find that some models produce better agreement at the faint end than the bright end. These results will help to constrain how stellar feedback impacts star formation at these early epochs.

研究动机与目标

• 利用超深JWST成像探测z ∼9–12处星系光度函数的暗端。
• 在NGDEEP巡天第一阶段数据中识别出可靠的高红移星系候选体。
• 测量z ∼9和z ∼11处的rest-frame紫外光度函数及其暗端斜率。
• 将观测到的光度函数与理论模型进行比较，评估恒星反馈在早期星系形成中的作用。

提出的方法

• 对六波段宽波段JWST/NIRCam成像进行了详细的数据还原，采用自定义校正方法以消除系统效应影响。
• 应用稳健的光度红移选别方法，从超深成像中识别出z ≳9的星系候选体。
• 对观测到的紫外光度函数拟合双幂律（DPL）函数，以量化暗端斜率和数量密度演化。
• 将z ∼11处测得的光度函数与经验外推结果及基于物理的理论模型进行比较。
• 利用高动态范围成像检测到波长≥3µm的紧凑、红色源体，提示可能存在尘埃遮蔽星系或活动星系核。

实验结果

研究问题

• RQ1 z ∼9和z ∼11处紫外光度函数的暗端斜率是多少？两者之间是否存在演化？
• RQ2 z ≳9处观测到的暗淡星系数密度与理论预测相比如何？
• RQ3 哪些理论模型最能再现z ∼11处观测到的暗端星系数？
• RQ4 如恒星反馈等物理机制，是否可解释模型与观测在暗端的差异？
• RQ5 在超深成像中检测到的最遥远、最红的源体具有何种特性？

主要发现

• NGDEEP巡天在F277W波段达到30.4 AB星等的5σ深度，是迄今最深的公开JWST成像数据集。
• 识别出38个可靠的z ≳9星系候选体，其星等范围为mF277W = 27–30.5 AB星等，红移范围为z = 8.5–15.8。
• 紫外光度函数的暗端斜率测量值为：z ∼9时α = −2.5 ± 0.4，z ∼11时α = −2.2 ± 0.2，表明无显著演化。
• 包含恒星反馈的理论模型预测了不同的暗端斜率范围，其中部分模型低估了z ∼11处暗淡星系的数量密度。
• 发现两个波长≥3µm的紧凑、红色源体，提示可能存在尘埃遮蔽星系或类星体活动。