We present reduced data and data products from the 3D-HST survey, a 248-orbit HST Treasury program. The survey obtained WFC3 G141 grism spectroscopy in four of the five CANDELS fields: AEGIS, COSMOS, GOODS-S, and UDS, along with WFC3 H140 imaging, parallel ACS G800L spectroscopy, and parallel I814 imaging. In a previous paper, we presented photometric catalogs in these four fields and in GOODS-N, the fifth CANDELS field. Here we describe and present the WFC3 G141 spectroscopic data, again augmented with data from GO-1600 in GOODS-N (PI: B. Weiner). We developed software to automatically and optimally extract interlaced two-dimensional (2D) and one-dimensional (1D) spectra for all objects in the Skelton et al. (2014) photometric catalogs. The 2D spectra and the multi-band photometry were fit simultaneously to determine redshifts and emission line strengths, taking the morphology of the galaxies explicitly into account. The resulting catalog has redshifts and line strengths (where available) for 22,548 unique objects down to (79,609 unique objects down to ). Of these, 5459 galaxies are at and 9621 are at , where Hα falls in the G141 wavelength coverage. The typical redshift error for galaxies is , i.e., one native WFC3 pixel. The limit for emission line fluxes of point sources is erg s−1 cm−2. All 2D and 1D spectra, as well as redshifts, line fluxes, and other derived parameters, are publicly available.18

Exploiting the deep high-resolution imaging of all five CANDELS fields, and accurate redshift information provided by 3D-HST, we investigate the relation between structure and stellar populations for a mass-selected sample of 6764 galaxies above 1010 M☉, spanning the redshift range 0.5 < z < 2.5. For the first time, we fit two-dimensional models comprising a single Sérsic fit and two-component (i.e., bulge + disk) decompositions not only to the H-band light distributions, but also to the stellar mass maps reconstructed from resolved stellar population modeling. We confirm that the increased bulge prominence among quiescent galaxies, as reported previously based on rest-optical observations, remains in place when considering the distributions of stellar mass. Moreover, we observe an increase of the typical Sérsic index and bulge-to-total ratio (with median B/T reaching 40%–50%) among star-forming galaxies above 1011 M☉. Given that quenching for these most massive systems is likely to be imminent, our findings suggest that significant bulge growth precedes a departure from the star-forming main sequence. We demonstrate that the bulge mass (and ideally knowledge of the bulge and total mass) is a more reliable predictor of the star-forming versus quiescent state of a galaxy than the total stellar mass. The same trends are predicted by the state-of-the-art, semi-analytic model by Somerville et al. In this model, bulges and black holes grow hand in hand through merging and/or disk instabilities, and feedback from active galactic nuclei shuts off star formation. Further observations will be required to pin down star formation quenching mechanisms, but our results imply that they must be internal to the galaxies and closely associated with bulge growth.

We present the discovery of four surprisingly bright (H160 ∼ 26–27 mag AB) galaxy candidates at z ∼ 9–10 in the complete HST CANDELS WFC3/IR GOODS-N imaging data, doubling the number of z ∼ 10 galaxy candidates that are known, just ∼500 Myr after the big bang. Two similarly bright sources are also detected in a reanalysis of the GOODS-S data set. Three of the four galaxies in GOODS-N are significantly detected at 4.5σ–6.2σ in the very deep Spitzer/IRAC 4.5 μm data, as is one of the GOODS-S candidates. Furthermore, the brightest of our candidates (at z = 10.2 ± 0.4) is robustly detected also at 3.6 μm (6.9σ), revealing a flat UV spectral energy distribution with a slope β = −2.0 ± 0.2, consistent with demonstrated trends with luminosity at high redshift. Thorough testing and use of grism data excludes known low-redshift contamination at high significance, including single emission-line sources, but as-yet unknown low redshift sources could provide an alternative solution given the surprising luminosity of these candidates. Finding such bright galaxies at z ∼ 9–10 suggests that the luminosity function for luminous galaxies might evolve in a complex way at z > 8. The cosmic star formation rate density still shows, however, an order-of-magnitude increase from z ∼ 10 to z ∼ 8 since the dominant contribution comes from low-luminosity sources. Based on the IRAC detections, we derive galaxy stellar masses at z ∼ 10, finding that these luminous objects are typically 109 M☉. This allows for a first estimate of the cosmic stellar mass density at z ∼ 10 resulting in M☉ Mpc−3 for galaxies brighter than MUV ∼ −18. The remarkable brightness, and hence luminosity, of these z ∼ 9–10 candidates will enable deep spectroscopy to determine their redshift and nature, and highlights the opportunity for the James Webb Space Telescope to map the buildup of galaxies at redshifts much earlier than z ∼ 10.