ABSTRACT We reduce and analyse the available JWST ERO and ERS NIRCam imaging (SMACS0723, GLASS, CEERS) in combination with the latest deep ground-based near-infrared imaging in the COSMOS field (provided by UltraVISTA DR5) to produce a new measurement of the evolving galaxy UV luminosity function (LF) over the redshift range z = 8 − 15. This yields a new estimate of the evolution of UV luminosity density (ρUV), and hence cosmic star formation rate density (ρSFR) out to within <300 Myr of the Big Bang. Our results confirm that the high-redshift LF is best described by a double power law (rather than a Schechter) function up to z ∼ 10, and that the LF and the resulting derived ρUV (and thus ρSFR), continues to decline gradually and steadily up to z ∼ 15 (as anticipated from previous studies which analysed the pre-existing data in a consistent manner to this study). We provide details of the 61 high-redshift galaxy candidates, 47 of which are new, that have enabled this new analysis. Our sample contains 6 galaxies at z ≥ 12, one of which appears to set a new redshift record as an apparently robust galaxy candidate at z ≃ 16.4, the properties of which we therefore consider in detail. The advances presented here emphasize the importance of achieving high dynamic range in studies of early galaxy evolution, and re-affirm the enormous potential of forthcoming larger JWST programmes to transform our understanding of the young Universe.

Abstract We present determinations of the gas-phase and stellar metallicities of a sample of 65 star-forming galaxies at z ≃ 3.5 using rest-frame far-ultraviolet (FUV) spectroscopy from the VANDELS survey in combination with follow-up rest-frame optical spectroscopy from VLT/KMOS and Keck/MOSFIRE. We infer gas-phase oxygen abundances (Zg; tracing O/H) via strong optical nebular lines and stellar iron abundances (Z⋆; tracing Fe/H) from full spectral fitting to the FUV continuum. Our sample spans the stellar mass range 8.5 < log(M⋆/M⊙) < 10.5 and shows clear evidence for both a stellar and gas-phase mass-metallicity relation (MZR). We find that our O and Fe abundance estimates both exhibit a similar mass-dependence, such that $\mathrm{Fe/H}\propto M_{\star }^{0.30\pm 0.11}$ and $\mathrm{O/H}\propto M_{\star }^{0.32\pm 0.09}$. At fixed M⋆ we find that, relative to their solar values, O abundances are systematically larger than Fe abundances (i.e. α-enhancement). We estimate an average enhancement of (O/Fe) = 2.65 ± 0.16 × (O/Fe)⊙ which appears to be independent of M⋆. We employ analytic chemical evolution models to place a constraint on the strength of galactic-level outflows via the mass-outflow factor (η). We show that outflow efficiencies that scale as $\eta \propto M_{\star }^{-0.32}$ can simultaneously explain the functional form of of the stellar and gas-phase MZR, as well as the degree of α-enhancement at fixed Fe/H. Our results add further evidence to support a picture in which α-enhanced abundance ratios are ubiquitous in high-redshift star-forming galaxies, as expected for young systems whose interstellar medium is primarily enriched by core-collapse supernovae.

Abstract Due to new applications such as wireless communications, security scanning, and imaging the presence of artificially generated high frequency (30-300 GHz) millimetre-wave (MMW) signals in the environment is increasing. Although safe exposure levels have been set by studies involving direct thermal damage to tissue, there is evidence that MMWs can have an impact on cellular function, including neurons. Earlier in vitro studies have shown that exposure levels well below the recommended safe limit of 1mW/cm 2 cause changes in the action potential (AP) firing rate, resting potential, and AP pulse shape of sensory neurons in leech preparations, as well as alter neuronal properties in rat cortical brain slices; these effects differ from changes induced by direct heating. In this paper we examine continuous MMW power (up to 80 mW/cm 2 at 60 GHz) and evaluate the responses in the thermosensitive primary nociceptors of the medicinal leech (genus Richardsonianus Australis ). The results show that MMW exposure causes an almost two-fold decrease in the threshold for activation of the AP compared with conductive heating (3.6±0.4 mV vs. 6.5±0.4 mV respectively). Our analysis suggests that MMW exposure mediated threshold alterations are not caused by enhancement of voltage gated sodium and potassium conductance. Moreover, it appears that MMW exposure has a modest suppressing effect on membrane excitability. We propose that the reduction in AP threshold can be attributed to sensitization of the TRPV1-like receptor in the leech nociceptor. In silico modelling supported the experimental findings. Our results provide evidence that MMW exposure stimulates specific receptor responses that differ from direct conductive heating, fostering the need for additional studies.

Abstract We compare mock ultraviolet C ii and Si ii absorption and emission line features generated using a ∼10 9 M ⊙ virtual galaxy with observations of 131 z ∼ 3 galaxies from the vandels survey. We find that the mock spectra reproduce reasonably well a large majority (83%) of the vandels spectra ( χ 2 < 2), but do not resemble the most massive objects (⪆10 10 M ⊙ ), which exhibit broad absorption features. Interestingly, the best-matching mock spectra originate from periods of intense star formation in the virtual galaxy, where its luminosity is 4 times higher than in periods of relative quiescence. Furthermore, for each galaxy, we predict the Lyman continuum (LyC) escape fractions ( f esc  ( pred ) LyC ) using the environment of the virtual galaxy. We derive an average f esc  ( pred ) LyC of 0.01 ± 0.02, consistent with other estimates from the literature. The f esc  ( pred ) LyC are tightly correlated with the Ly α escape fractions and highly consistent with observed empirical trends. Additionally, galaxies with larger f esc  ( pred ) LyC exhibit bluer β slopes, more Ly α flux, and weaker low-ionization absorption lines. Building upon the good agreement between f esc  ( pred ) LyC and observationally established LyC diagnostics, we examine the LyC leakage mechanisms in the simulation. We find that LyC photon leakage is enhanced in directions where the observed flux dominantly emerges from compact regions depleted of neutral gas and dust, mirroring the scenario inferred from observational data. In general, this study further highlights the potential of high-resolution radiation hydrodynamics simulations in analyzing UV absorption and emission line features and providing valuable insights into the LyC leakage of star-forming galaxies.

Abstract Robust inference of galaxy stellar masses from photometry is crucial for constraints on galaxy assembly across cosmic time. Here, we test a commonly used spectral energy distribution (SED) fitting code using simulated galaxies from the S phinx 20 cosmological radiation hydrodynamics simulation with JWST NIRCam photometry forward-modeled with radiative transfer. Fitting the synthetic photometry with various star formation history models, we show that recovered stellar masses are, encouragingly, generally robust to within a factor of ∼3 for galaxies in the range M ⋆ ∼ 10 7 −10 9 M ⊙ at z = 5−10. These results are in stark contrast to recent work claiming that stellar masses can be underestimated by as much as an order of magnitude in these mass and redshift ranges. However, while >90% of masses are recovered to within 0.5 dex, there are notable systematic trends, with stellar masses typically overestimated for low-mass galaxies ( M ⋆ ≲ 10 8 M ⊙ ) and slightly underestimated for high-mass galaxies ( M ⋆ ≳ 10 9 M ⊙ ). We demonstrate that these trends arise due to the SED fitting code poorly modeling the impact of strong emission lines on broadband photometry. These systematic trends, which exist for all star formation history parameterizations tested, have a tilting effect on the inferred stellar mass function, with the number densities of massive galaxies underestimated (particularly at the lowest redshifts studied) and the number densities of lower-mass galaxies typically overestimated. Overall, this work suggests that we should be optimistic about our ability to infer the masses of high- z galaxies observed with JWST (notwithstanding contamination from active galactic nuclei) but careful when modeling the impact of strong emission lines on broadband photometry.