[论文解读] To high redshift and low mass: exploring the emergence of quenched galaxies and their environments at $3

Stacey Alberts, Christina C. Williams+26 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究利用超深的JWST JADES MIRI F770W与NIRCam成像，在3 < z < 6红移范围内识别出23个休眠星系和12个星暴后星系，借助7.7 µm星系静止系J波段数据，打破了老年恒星种群与尘埃消光之间的混淆。研究揭示了快速熄灭 timescales (~100–600 Myr)，在z ~ 5.3处发现大质量休眠星系，以及强烈的环境聚类现象，低质量星暴后星系在z ~ 3.4和3.7的高密度区中占比较高。

ABSTRACT

We present the robust selection of quiescent (QG) and post-starburst (PSB) galaxies using ultra-deep NIRCam and MIRI imaging from the JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Key to this is MIRI 7.7$μ$m imaging which breaks the degeneracy between old stellar populations and dust attenuation at $33$.

研究动机与目标

• 利用JWST JADES巡天提供的深近红外与中红外成像，可靠识别3 < z < 6红移范围内的休眠星系与星暴后星系。
• 通过使用MIRI 7.7 µm成像作为静止系J波段参考，打破高红移星系中老年恒星种群与尘埃消光之间的混淆。
• 研究高红移休眠星系与星暴后星系的环境背景，特别是其与宇宙大尺度密度区的关联。
• 通过评估密集波长覆盖情况，评估仅使用NIRCam数据而无需MIRI即可实现休眠星系可靠选择的可行性。
• 约束低质量、高红移休眠星系的熄灭timescales、形成红移与尘埃含量。

提出的方法

• 利用JADES巡天提供的超深MIRI F770W（7.7 µm）与NIRCam（8–11个波段，含中等波段）成像，获得高保真度测光数据。
• 应用UVJ颜色选择法，在3 < z < 6红移范围内识别休眠星系与星暴后星系，质量下限为log M⋆/M☉ ≥ 8.5。
• 利用MIRI 7.7 µm数据打破老年恒星种群与尘埃消光之间的混淆，实现对休眠星系的可靠识别。
• 采用核密度估计（KDE）结合似然交叉验证法，在光谱红移分箱（z ~ 3.4与z ~ 3.7）中识别空间高密度区。
• 使用Bagpipes进行SED拟合，并结合贝叶斯推断（Multinest/PyMultinest）推导恒星质量、恒星形成历史与尘埃消光（AV）。
• 通过对比有无7.7 µm数据的结果，验证了选择方法的稳健性，表明密集的NIRCam覆盖可弥补缺乏J波段参考的不足。

实验结果

研究问题

• RQ1 MIRI 7.7 µm成像是否能通过提供静止系J波段参考，在3 < z < 6红移范围内可靠地区分休眠星系与尘埃消光的星暴星系？
• RQ2 高红移休眠星系的熄灭timescales与形成红移为何？与本地对应体相比有何差异？
• RQ3 低质量星暴后星系（log M⋆/M☉ = 8.5–9.5）是否在z > 3的高密度环境中更占优势？
• RQ4 在拥有密集波长覆盖的前提下，是否可仅使用NIRCam数据可靠选择休眠星系，而无需MIRI数据？
• RQ5 在z ~ 5.3处大质量休眠星系的环境背景为何？其与已知大密度区（如宇宙玫瑰）的关系如何？

主要发现

• 本研究在8.8平方角分的面积内，基于UVJ选择法并结合MIRI 7.7 µm数据，识别出23个质量受限样本（log M⋆/M☉ ≥ 8.5）中的休眠星系。
• 在z_phot = 5.33⁻⁰.¹⁷⁺⁰.¹⁶处发现一个大质量休眠星系候选体，可能是迄今已知最遥远的休眠星系。
• 样本的熄灭timescales估计为100–600 Myr，形成红移z_f ≤ 8.5，表明早期大质量星系经历了快速熄灭。
• 两个休眠星系表现出显著的尘埃含量，AV ≈ 1–2，表明尘埃消光在高红移休眠星系中不可忽视。
• 识别出12个低质量星暴后星系（log M⋆/M☉ = 8.5–9.5），证明UVJ选择法可拓展至高红移低质量系统。
• 宇宙玫瑰大密度区（z ~ 3.7）内包含一个大质量休眠星系、一个尘埃遮蔽的星暴星系（Jekyll与Hyde双星对），以及三颗额外的休眠星系，且在~20 kpc范围内，12个低质量PSB中有7个位于该结构中。