基于 97 个 Y 带dropout 星系的$z\sim8$光度函数：对再电离的推断

[摘要缩略] 我们展示了迄今为止最大规模的 $z\sim8$ 莱曼断裂星系 (LBGs) 搜寻结果，基于再电离最亮星系 (BoRG) 巡天在 V、Y、J 和 H 波段的 350 arcmin$^2$ HST 观测数据。BoRG 数据集包含约 50 arcmin$^2$ 的新数据以及对之前两个 BoRG 指向的更深观测，从中我们提出了 9 个新的 $z\sim8$ LBG 候选体，使 BoRG LBG 总数达到 38 个，其星等范围为 $25.5\leqslant m_{J} \leqslant 27.6$ (AB 系统)。我们引入了一种新的贝叶斯形式体系来估算星系光度函数 (LF)，该方法无需对数据进行分箱（从而避免模糊化），并采用基于严格正确的二项分布的似然函数，而非常用的近似泊松分布。我们在一个包含 97 个 LBG 的样本上展示了新方法的实用性，该样本结合了明亮的 BoRG 星系与 Bouwens 等人 (2012) 发表的来自 HUDF 和 ERS 项目的较暗源。我们表明，$z\sim8$ 的光度函数能很好地用 Schechter 函数描述，其特征星等为 $M^\star = -20.15^{+0.29}_{-0.38}$，暗端斜率为 $\alpha = -1.87^{+0.26}_{-0.26}$，数密度为 $\log_{10} \phi^\star [\textrm{Mpc}^{-3}] = -3.24^{+0.25}_{-0.24}$。积分至 $M=-17.7$，该光度函数给出的光度密度为 $\log_{10} \epsilon [\textrm{erg}/\textrm{s/Hz/Mpc}^{3}] = 25.52^{+0.05}_{-0.05}$。我们的 LF 分析与先前发布的结果在 1$\sigma$ 范围内一致。我们讨论了本研究对再电离物理的启示。通过假设关于团块因子和光子逃逸分数的理论动机先验，我们表明，降至 $M=-17.7$ 的星系样本的紫外光度函数仅能使 $z\sim8$ 处 10-50% 的中性氢电离。完全再电离需要将光度函数延伸至 $M=-15$。