[论文解读] RUBIES: a complete census of the bright and red distant Universe with JWST/NIRSpec

Anna de Graaff, Gabriel Brammer+26 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用 5

一句话总结

RUBIES 展示了一项 JWST/NIRSpec Cycle 2 光谱调查，针对两处深场约 3000 个源，旨在表征罕见的红色星系并将它们置于 z~1–9 的星体普查之中，具有基于 NIRCam 颜色、星等和光度分布的明确选择函数。

ABSTRACT

We present the Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey (RUBIES), providing JWST/NIRSpec spectroscopy of red sources selected across ~150 arcmin$^2$ from public JWST/NIRCam imaging in the UDS and EGS fields. RUBIES novel observing strategy offers a well-quantified selection function: the survey is optimised to reach high (>70%) completeness for bright and red (F150W-F444W>2) sources that are very rare. To place these rare sources in context, we simultaneously observe a reference sample of the 23$ using only the G395M disperser. The RUBIES data reveal a highly diverse population of red sources that span a broad redshift range ($z_{spec}\sim1-9$), with photometric redshift scatter and outlier fraction that are 3 times higher than for similarly bright sources that are less red. This diversity is not apparent from the photometric SEDs. Only spectroscopy reveals that the SEDs encompass a mixture of galaxies with dust-obscured star formation, extreme line emission, a lack of star formation indicating early quenching, and luminous active galactic nuclei. As a first demonstration of our broader selection function we compare the stellar masses and rest-frame U-V colours of the red sources and our reference sample: red sources are typically more massive ($M_*\sim10^{10-11.5} M_\odot$) across all redshifts. However, we find that the most massive systems span a wide range in U-V colour. We describe our data reduction procedure and data quality, and publicly release the reduced RUBIES data and vetted spectroscopic redshifts of the first half of the survey through the DJA.

研究动机与目标

• 使用 JWST/NIRSpec 在高红偏处定义一个量化良好的罕见红源（F150W−F444W > 2）光谱普查。
• 在同一视场中表征更广泛的 z~2–7 星系群体，以将红源放入背景背景。
• 开发并记录观测策略与数据简化流程，以实现对明亮、红源的高光谱完备性。
• 通过 DAWN JWST Archive 向社区公开发布经简化处理的 RUBIES 数据和经过验证的红移。

提出的方法

• 从 UDS 与 EGS 的公开 NIRCam 成像中选择目标，基于 F150W−F444W 颜色、F444W 亮度和光度红移的三参数选择函数。
• 使用 PRISM 和 G395M 色散器，在大约 150 平方弧分覆盖 18 个观测点，对 ~3000 个目标进行 JWST/NIRSpec 观测。
• 采用两色散器观测方案（PRISM 低分辨率和 G395M 中分辨率），配备 3 个快门的狭缝和 3 点点动策略。
• 通过量化加权方案优先设计掩模，以优先考虑罕见红源（F150W−F444W > 2）和亮度高的高-z 候选对象（zphot > 6.5），以最大化目标总权重。
• 提供带有自定义标定产物的数据简化，并通过比较低分辨率和中分辨率光谱来评估通量与波长标定。
• 公开发布前半段调查的简化数据和经核验的光谱红移。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过 JWST/NIRSpec 光谱得到的覆盖 z~1–9 的极端红亮源的性质与多样性为何？
• RQ2 红色、巨大的、可能被尘埃遮挡或由 AGN 主导的系统如何贡献于高红移星体质量预算和星系演化？
• RQ3 一个定义良好、基于颜色-星等-红移的选择函数，是否能为罕见红源提供稳健的光谱完备性并将其放入宇宙学背景中？
• RQ4 在恒星质量和静止系颜色方面，红色源与一般 z~2–7 星系普查相比如何？
• RQ5 在近红外光谱观测非常红的源时，存在哪些偏差与选择效应，如何减轻？

主要发现

• RUBIES 展现了覆盖 zspec ~1–9 的高度多样化的红色源群体。
• 光学红移散布和离群比例约为对比同等亮度、颜色不那么红的源高出约 3 倍。
• 光谱学揭示红色源中存在尘埃遮挡的恒星形成、极端线发射、被淬灭的系统以及明亮的 AGN 的混合体。
• 红色源在所有红移范围内平均上通常更为巨大（M* ~ 10^10–10^11.5 M⊙），但最 massive 的系统在 rest-frame U−V 颜色上呈现广域变异。
• 该调查展示了将明确的选择函数与 JWST/NIRSpec 结合起来，将罕见的红源放入宇宙学背景中的价值。
• 数据简化程序已建立，第一阶段的简化数据与经核验的红移通过 DAWN JWST Archive 公开发布。