哈勃前沿场首个完整星团数据：用于紫外光度函数和宇宙再电离研究的$z\sim 5-10$暗弱星系

我们利用哈勃前沿场（HFF）项目观测的 Abell 2744 透镜星团及其平行场的首个全深度数据集，对直至$z\sim10$的暗弱 dropout 星系进行了综合分析。我们在 HFF 场中识别出 54 个$z\sim5-10$的 dropout 星系，扩大了迄今为止获得的$z\sim9$星系样本规模。尽管由于强透镜的微小巡天体积导致高放大倍率（$\mu\sim10$）的星系数量较少，但我们的研究达到了与最深场 HUDF 研究相当的星系本征光度。我们利用这些暗弱 dropout 星系推导了紫外光度函数，并通过包括放大、畸变和图像倍增在内的密集模拟，仔细评估了像平面中观测不完备性与透镜效应的组合，同时评估了质量模型的依赖性。我们的结果证实，在$z\sim6-8$处， faint-end 斜率$\alpha$陡峭至 -2，并基于大样本$z\sim9$数据加强了在$z>8$处紫外光度密度$\rho_\mathrm{UV}$迅速下降的证据。我们检验了$\rho_\mathrm{UV}$的快速下降趋势是否能与 CMB 实验测得的大汤姆逊散射光学深度$\tau_\mathrm{e}$相协调，允许平均电离光子逃逸分数和依赖恒星族转换因子等自由参数存在较大空间。没有任何参数集能同时重现$\rho_\mathrm{UV}$的快速下降和大的$\tau_\mathrm{e}$。可能的情况包括：$\rho_\mathrm{UV}$的下降在$z\gtrsim11$处减缓；自由参数向高红移显著演化；或者存在额外的再电离源，如 X 射线双星和暗弱活动星系核（AGNs）。