We study the growth of massive galaxies from z=2 to the present using data from the NEWFIRM Medium Band Survey. The sample is selected at a constant number density of n=2x10^-4 Mpc^-3, so that galaxies at different epochs can be compared in a meaningful way. We show that the stellar mass of galaxies at this number density has increased by a factor of ~2 since z=2, following the relation log(M)=11.45-0.15z. In order to determine at what physical radii this mass growth occurred we construct very deep stacked rest-frame R-band images at redshifts z=0.6, 1.1, 1.6, and 2.0. These image stacks of typically 70-80 galaxies enable us to characterize the stellar distribution to surface brightness limits of ~28.5 mag/arcsec^2. We find that massive galaxies gradually built up their outer regions over the past 10 Gyr. The mass within a radius of r=5 kpc is nearly constant with redshift whereas the mass at 5-75 kpc has increased by a factor of ~4 since z=2. Parameterizing the surface brightness profiles we find that the effective radius and Sersic n parameter evolve as r_e~(1+z)^-1.3 and n~(1+z)^-1.0 respectively. The data demonstrate that massive galaxies have grown mostly inside-out, assembling their extended stellar halos around compact, dense cores with possibly exponential radial density distributions. Comparing the observed mass evolution to the average star formation rates of the galaxies we find that the growth is likely dominated by mergers, as in-situ star formation can only account for ~20% of the mass build-up from z=2 to z=0. The main uncertainties in this study are possible redshift-dependent systematic errors in the total stellar masses and the conversion from light-weighted to mass-weighted radial profiles.

The 3D-HST and CANDELS programs have provided WFC3 and ACS spectroscopy and photometry over ~900 square arcminutes in five fields: AEGIS, COSMOS, GOODS-North, GOODS-South, and the UKIDSS UDS field. All these fields have a wealth of publicly available imaging datasets in addition to the HST data, which makes it possible to construct the spectral energy distributions (SEDs) of objects over a wide wavelength range. In this paper we describe a photometric analysis of the CANDELS and 3D-HST HST imaging and the ancillary imaging data at wavelengths 0.3um to 8um. Objects were selected in the WFC3 near-IR bands, and their SEDs were determined by carefully taking the effects of the point spread function in each observation into account. A total of 147 distinct imaging datasets were used in the analysis. The photometry is made available in the form of six catalogs: one for each field, as well as a master catalog containing all objects in the entire survey. We also provide derived data products: photometric redshifts, determined with the EAZY code, and stellar population parameters determined with the FAST code. We make all the imaging data that were used in the analysis available, including our reductions of the WFC3 imaging in all five fields. 3D-HST is a spectroscopic survey with the WFC3 and ACS grisms, and the photometric catalogs presented here constitute a necessary first step in the analysis of these grism data. All the data presented in this paper are available through the 3D-HST website.

Abstract The identification of red, apparently massive galaxies at z > 7 in early James Webb Space Telescope (JWST) photometry suggests a strongly accelerated time line compared to standard models of galaxy growth. A major uncertainty in the interpretation is whether the red colors are caused by evolved stellar populations, dust, or other effects such as emission lines or active galactic nuclei (AGNs). Here we show that three of the massive galaxy candidates at z = 6.7–8.4 have prominent Balmer breaks in JWST/NIRSpec spectroscopy from the RUBIES program. The Balmer breaks demonstrate unambiguously that stellar emission dominates at λ rest = 0.4 μ m and require formation histories extending hundreds of millions of years into the past in galaxies only 600–800 Myr after the big bang. Two of the three galaxies also show broad Balmer lines, with H β FWHM > 2500 km s −1 , suggesting that dust-reddened AGNs contribute to, or even dominate, the spectral energy distributions of these galaxies at λ rest ≳ 0.6 μ m. All three galaxies have relatively narrow [O iii ] lines, seemingly ruling out a high-mass interpretation if the lines arise in dynamically relaxed, inclined disks. Yet the inferred masses also remain highly uncertain. We model the high-quality spectra using Prospector to decompose the continuum into stellar and AGN components and explore limiting cases in stellar/AGN contribution. This produces a wide range of possible stellar masses, spanning M ⋆ ∼ 10 9 −10 11 M ⊙ . Nevertheless, all fits suggest a very early and rapid formation, most of which follow with a truncation in star formation. Potential origins and evolutionary tracks for these objects are discussed, from the cores of massive galaxies to low-mass galaxies with overmassive black holes. Intriguingly, we find all of these explanations to be incomplete; deeper and redder data are needed to understand the physics of these systems.

Galaxies with stellar masses as high as ~ 1011 solar masses have been identified1–3 out to redshifts z ~ 6, approximately one billion years after the Big Bang. It has been difficult to find massive galaxies at even earlier times, as the Balmer break region, which is needed for accurate mass estimates, is redshifted to wavelengths beyond 2.5 μm. Here we make use of the 1-5 μm coverage of the JWST early release observations to search for intrinsically red galaxies in the first ≈ 750 million years of cosmic history. In the survey area, we find six candidate massive galaxies (stellar mass > 1010 solar masses) at 7.4 ≤ z ≤ 9.1, 500–700 Myr after the Big Bang, including one galaxy with a possible stellar mass of ~1011 solar masses. If verified with spectroscopy, the stellar mass density in massive galaxies would be much higher than anticipated from previous studies based on rest-frame ultraviolet-selected samples.