关于利用 JWST 观测与识别第三星族星系的可行性与方法

我们利用第三星族恒星+星云光谱的理论模型，研究利用 JWST 通过深场成像与光谱学观测并准确识别第三星族星系的前景。我们考察了一系列不同的颜色筛选，发现通过 F444W-F560W、F560W-F770W 颜色的 NIRCam 与 MIRI 测光组合，为潜在的 $z=8$ Pop III 候选体提供了最稳健的标识。我们计算得出，NIRCam 需达到 $\sim$28.5-30.0 AB mag 深度（1-20 h），且 MIRI F560W 需达到 $\sim$27.5-29.0 AB mag 深度（10-100 h），才能在 $z=8$ 处对 $M_* = 10^6~\mathrm{M}_\odot$ 的 Pop III 星系实现 $5\sigma$ 连续谱探测。我们还讨论了通过无狭缝与 NIRSpec 光谱巡天瞄准 Ly$\alpha$、H$\beta$ 和/或 He II $\lambda 1640$ 来识别 Pop III 候选体的前景。我们发现 Pop III 与非 Pop III 星系在 H$\beta$ 静止系等效宽度（EW）上差异很小，使得该诊断可能不实用。相反，我们发现高 EW He II $\lambda 1640$ 发射的探测将作为确定的 Pop III 标识，对 $z=8$ 处 $M_*=10^6~\mathrm{M}_\odot$ 的 Pop III 星系需使用 NIRSpec/G140M 进行（超）深积分（10-250 h）。然而，MIRI F770W 对 Pop III 星系的探测将需要显著的引力透镜（$\mu=10$）和/或恰好拍摄到异常大质量（$M_* = 10^7~\mathrm{M}_\odot$）的 Pop III 星系。因此，能够通过在测光中搜寻高 EW He II $\lambda 1640$ 发射体的 NIRCam 中带成像巡天，或许可作为寻找 Pop III 候选体的可行替代方案。