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Article Dans Une Revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Année : 2021

Optical and near-infrared observations of the SPT2349-56 proto-cluster core at z = 4.3

K.M. Rotermund
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S.C. Chapman
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K.A. Phadke
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R. Hill
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E. Pass
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M. Aravena
M.L.N. Ashby
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A. Babul
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M. Béthermin
R. Canning
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C. de Breuck
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C. Dong
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A.H. Gonzalez
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C.C. Hayward
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S. Jarugula
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D.P. Marrone
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D. Narayanan
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C. Reuter
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D. Scott
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J.S. Spilker
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J.D. Vieira
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G. Wang
A. Weiss
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Résumé

We present Gemini-S and Spitzer-IRAC optical-through-near-IR observations in the field of the SPT2349-56 proto-cluster at z = 4.3. We detect optical/IR counterparts for only 9 of the 14 submillimetre galaxies (SMGs) previously identified by ALMA in the core of SPT2349-56. In addition, we detect four z ∼ 4 Lyman-break galaxies (LBGs) in the 30 arcsec-diameter region surrounding this proto-cluster core. Three of the four LBGs are new systems, while one appears to be a counterpart of one of the nine observed SMGs. We identify a candidate brightest cluster galaxy (BCG) with a stellar mass of |$(3.2^{+2.3}_{-1.4})\times 10^{11}$| M_⊙. The stellar masses of the eight other SMGs place them on, above, and below the main sequence of star formation at z ≈ 4.5. The cumulative stellar mass for the SPT2349-56 core is at least (12.2 ± 2.8) × 10^11 M_⊙, a sizeable fraction of the stellar mass in local BCGs, and close to the universal baryon fraction (0.19) relative to the virial mass of the core (10^13 M_⊙). As all 14 of these SMGs are destined to quickly merge, we conclude that the proto-cluster core has already developed a significant stellar mass at this early stage, comparable to z = 1 BCGs. Importantly, we also find that the SPT2349-56 core structure would be difficult to uncover in optical surveys, with none of the ALMA sources being easily identifiable or constrained through g, r, and i colour selection in deep optical surveys and only a modest overdensity of LBGs over the more extended structure. SPT2349-56 therefore represents a truly dust-obscured phase of a massive cluster core under formation.
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hal-02905904 , version 1 (12-08-2022)

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Citer

K.M. Rotermund, S.C. Chapman, K.A. Phadke, R. Hill, E. Pass, et al.. Optical and near-infrared observations of the SPT2349-56 proto-cluster core at z = 4.3. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021, 502 (2), pp.1797-1815. ⟨10.1093/mnras/stab103⟩. ⟨hal-02905904⟩
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