红外中深巡天 VIII. $z\sim5$ 处的类星体光度函数

已知 $M_{1450}\sim-23$ mag 的暗弱 $z\sim5$ 类星体是再电离后时代紫外电离背景的潜在重要贡献者。然而，它们的数密度尚未被很好确定，使得难以评估它们在早期星系际介质（IGM）电离中的作用。在本工作中，我们展示了利用红外中深巡天（IMS）——一项覆盖 85 deg$^{2}$ 面积的近红外成像巡天——进行的 $z\sim5$ 类星体巡天的更新结果。通过我们在南双子座 8 米望远镜上的双子座多目标光谱仪（GMOS）所进行的光谱观测，我们发现了八个新的 $z\sim5$ 类星体，其 $-26.1\leq M_{1450} \leq -23.3$。将我们的 IMS 暗弱类星体（$M_{1450}>-27$ mag）与更亮的斯隆数字巡天（SDSS）类星体（$M_{1450}<-27$ mag）相结合，我们推导出了 $z\sim5$ 类星体光度函数（QLF），无任何固定参数，直至 $M_{1450}=-23$ mag 的星等极限。我们发现 QLF 的暗端斜率非常平坦（$\alpha=-1.2^{+1.4}_{-0.6}$），特征光度为 $M^{*}_{1450}=-25.8^{+1.4}_{-1.1}$ mag。由 QLF 得到的 $z\sim5$ 类星体数密度在 912 $\unicode{x212B}$ 处给出的电离发射率为 $\epsilon_{912}=(3.7$--$7.1)\times10^{23}$ erg s$^{-1}$ Hz$^{-1}$ Mpc$^{-3}$，电离光子密度为 $\dot{n}_{\rm ion}=(3.0$--$5.7)\times10^{49}$ Mpc$^{-3}$ s$^{-1}$。这些结果意味着类星体仅负责 $z\sim5$ 处完全电离 IGM 所需光子的 10-20%（即使在极端情况下最多 50%），不支持仅由类星体在 $z\sim5$ 处电离 IGM 的观点。