We constrain the slope of the star formation rate (SFR; log Ψ) to stellar mass (log M⋆) relation down to log (M⋆/M☉) = 8.4 (log (M⋆/M☉) = 9.2) at z = 0.5 (z = 2.5) with a mass-complete sample of 39,106 star-forming galaxies selected from the 3D-HST photometric catalogs, using deep photometry in the CANDELS fields. For the first time, we find that the slope is dependent on stellar mass, such that it is steeper at low masses (log Ψ∝log M⋆) than at high masses (log Ψ∝(0.3–0.6)log M⋆). These steeper low-mass slopes are found for three different star formation indicators: the combination of the ultraviolet (UV) and infrared (IR), calibrated from a stacking analysis of Spitzer/MIPS 24 μm imaging; β-corrected UV SFRs; and Hα SFRs. The normalization of the sequence evolves differently in distinct mass regimes as well: for galaxies less massive than log (M⋆/M☉) < 10 the specific SFR (Ψ/M⋆) is observed to be roughly self-similar with Ψ/M⋆∝(1 + z)1.9, whereas more massive galaxies show a stronger evolution with Ψ/M⋆∝(1 + z)2.2–3.5 for log (M⋆/M☉) = 10.2–11.2. The fact that we find a steep slope of the star formation sequence for the lower mass galaxies will help reconcile theoretical galaxy formation models with the observations.

We report Hubble Space Telescope/Cosmic Origins Spectrograph observations of the Lyα emission and interstellar absorption lines in a sample of 10 star-forming galaxies at z ∼ 0.2. Selected on the basis of high equivalent width optical emission lines, the sample, dubbed "Green Peas," make some of the best analogs for young galaxies in an early universe. We detect Lyα emission in all ten galaxies, and 9/10 show double-peaked line profiles suggestive of low H i column density. We measure Lyα/Hα flux ratios of 0.5–5.6, implying that 5%–60% of Lyα photons escape the galaxies. These data confirm previous findings that low-ionization metal absorption (LIS) lines are weaker when Lyα escape fraction and equivalent width are higher. However, contrary to previously favored interpretations of this trend, increased Lyα output cannot be the result of a varying H i covering: the Lyman absorption lines (Lyβ and higher) show a covering fraction near unity for gas with NH i ≳ 1016 cm−2. Moreover, we detect no correlation between Lyα escape and the outflow velocity of the LIS lines, suggesting that kinematic effects do not explain the range of Lyα/Hα flux ratios in these galaxies. In contrast, we detect a strong anticorrelation between the Lyα escape fraction and the velocity separation of the Lyα emission peaks, driven primarily by the velocity of the blue peak. As this velocity separation is sensitive to H i column density, we conclude that Lyα escape in these Green Peas is likely regulated by the H i column density rather than outflow velocity or H i covering fraction.

The GLASS James Webb Space Telescope Early Release Science (hereafter GLASS-JWST-ERS) Program will obtain and make publicly available the deepest extragalactic data of the ERS campaign. It is primarily designed to address two key science questions, namely, "what sources ionized the universe and when?" and "how do baryons cycle through galaxies?", while also enabling a broad variety of first look scientific investigations. In primary mode, it will obtain NIRISS and NIRSpec spectroscopy of galaxies lensed by the foreground Hubble Frontier Field cluster, Abell 2744. In parallel, it will use NIRCam to observe two fields that are offset from the cluster center, where lensing magnification is negligible, and which can thus be effectively considered blank fields. In order to prepare the community for access to this unprecedented data, we describe the scientific rationale, the survey design (including target selection and observational setups), and present pre-commissioning estimates of the expected sensitivity. In addition, we describe the planned public releases of high-level data products, for use by the wider astronomical community.

Abstract The radial gradient of gas-phase metallicity is a powerful probe of the chemical and structural evolution of star-forming galaxies, closely tied to disk formation and gas kinematics in the early Universe. We present spatially resolved chemical and dynamical properties for a sample of 25 galaxies at 0.5 ≲ z ≲ 1.7 from the MSA-3D survey. These innovative observations provide 3D spectroscopy of galaxies at a spatial resolution approaching JWST’s diffraction limit and a high spectral resolution of R ≃ 2700. The metallicity gradients measured in our galaxy sample range from −0.03 to 0.02 dex kpc −1 . Most galaxies exhibit negative or flat radial gradients, indicating lower metallicity in the outskirts or uniform metallicity throughout the entire galaxy. We confirm a tight relationship between stellar mass and metallicity gradient at z ∼ 1 with small intrinsic scatter of 0.02 dex kpc −1 . Our results indicate that metallicity gradients become increasingly negative as stellar mass increases, likely because the more massive galaxies tend to be more “disky.” This relationship is consistent with the predictions from cosmological hydrodynamic zoom-in simulations with strong stellar feedback. This work presents the effort to harness the multiplexing capability of the JWST NIRSpec microshutter assembly in slit-stepping mode to map the chemical and kinematic profiles of high-redshift galaxies in large samples and at high spatial and spectral resolution.

Abstract Low-mass galaxies can significantly contribute to reionization due to their potentially high Lyman continuum (LyC) escape fraction and relatively high space density. We present a constraint on the LyC escape fraction from low-mass galaxies at z = 1.3–3.0. We obtained rest-frame UV continuum imaging with the ACS/SBC and the WFC3/UVIS from the Hubble Space Telescope for eight strongly lensed galaxies that were identified in the Sloan Giant Arc Survey and the Cluster Lensing and Supernova survey with Hubble. The targeted galaxies were selected to be spectroscopically confirmed, highly magnified, and blue in their UV spectral shapes ( β < −1.7). Our targets include intrinsically low-luminosity galaxies down to a magnification-corrected absolute UV magnitude M UV ∼ −14. We perform custom-defined aperture photometry to place the most reliable upper limits of LyC escape from our sample. From our observations, we report no significant (>2 σ ) detections of LyC fluxes, placing 1 σ upper limits on the absolute LyC escape fractions of 3%–15%. Our observations do not support the expected increased escape fractions of LyC photons from intrinsically UV faint sources. Considering the highly anisotropic geometry of LyC escape, increasing the sample size of faint galaxies in future LyC observations is crucial.

Abstract The electron density ( n e ) of the interstellar medium (ISM) in star-forming galaxies is intimately linked to star formation and ionization condition. Using the high-resolution spectra obtained from the JWST Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) microshutter assembly (MSA) as part of the GLASS-JWST program, we have assembled the largest sample to date (34 galaxies) with individual n e measurements derived from the [O ii ] λλ 3726, 29 and/or [S ii ] λλ 6718, 32 doublets at 0.7 ≲ z ≲ 9.3. The gravitational lensing magnification by the foreground A2744 cluster allows us to probe n e in galaxies with stellar masses ( M * ) down to ≃10 7.5 M ⊙ across the entire redshift range. Our analysis reveals that the [O ii ] flux ratios are marginally anticorrelated with a specific star formation rate (sSFR) within a 1 σ confidence interval, whereas the [S ii ] flux ratios show no significant correlation with sSFR. Despite a clear correlation between sSFR and redshift within our sample, we find no apparent redshift evolution of n e at z ≃ 1–9. Our data set also includes 13 galaxies where n e can be measured from both [O ii ] and [S ii ]. Contrary to findings at lower redshifts, we observe considerable scatter in n e measurements from [O ii ] and [S ii ], indicating a complex gaseous environment with significant variations in n e in high-redshift galaxies. This work highlights the unique capability of JWST NIRSpec/MSA high-resolution spectroscopy to characterize the detailed physical properties of the ISM in individual high-redshift galaxies.

Abstract We present JWST/NIRSpec prism spectroscopy of MACS0647−JD, a triply lensed z ∼ 11 candidate discovered in Hubble Space Telescope imaging and spatially resolved by JWST imaging into two components, A and B. Spectroscopy of component A yields a spectroscopic redshift z = 10.17 based on seven detected emission lines: C iii ] λ λ 1907, 1909, [O ii ] λ 3727, [Ne iii ] λ 3869, [Ne iii ] λ 3968, H δ λ 4101, H γ λ 4340, and [O iii ] λ 4363. These are the second-most distant detections of these emission lines to date, in a galaxy observed just 460 million years after the Big Bang. Based on observed and extrapolated line flux ratios we derive a gas-phase metallicity 12 + log(O/H) ∼ 7.5–8.0, or Z ∼ (0.06–0.2) Z ⊙ , ionization parameter log ( U ) = −1.9 ± 0.2, and an ionizing photon production efficiency log ( ξ ion ) = 25.2 ± 0.2  erg −1 Hz. The spectrum has a softened Ly α break, evidence for a strong Ly α damping wing. The Ly α damping wing also suppresses the F150W photometry, explaining the slightly overestimated photometric redshift z = 10.6 ± 0.3. MACS0647−JD has a stellar mass log( M / M ⊙ ) = 8.1 ± 0.3, including ∼6 × 10 7 M ⊙ in component A, most of which formed recently (within ∼20 Myr) with a star formation rate ∼ 2 ± 1 M ⊙ yr −1 , all within an effective radius 70 ± 24 pc. Spectroscopy of a fainter companion galaxy C separated by a distance of ∼ 3 kpc reveals a Lyman break consistent with z ∼ 10.17. MACS0647−JD is likely the most distant galaxy merger known.

Abstract Rest-frame far-ultraviolet (FUV) observations from JWST are revolutionizing our understanding of the high- z galaxies that drove reionization and the mechanisms by which they accomplished it. To fully interpret these observations, we must be able to diagnose how properties of the interstellar medium (ISM; e.g., column density, covering fraction, and outflow velocity) directly relate to the absorption features produced. Using the high-signal-to-noise and high-resolution FUV spectra of 45 nearby star-forming galaxies from the Cosmic Origins Spectrograph Legacy Spectroscopic Survey, we present the largest uniform, simultaneous characterization of neutral and low-ionization state (LIS) interstellar UV absorption lines (O i , Si ii , S ii , C ii , and Al ii ) across a wide range of galaxy properties. We also present 21 cm H i observations for 35 galaxies, multiple of which are gas-poor or nondetected, possibly indicating the onset of a post-starburst phase. We find that our simultaneous one-component Voigt profile fits are capable of accurately modeling the LIS absorption for ∼75% of galaxies, mitigating challenges associated with saturation, infilling, and degeneracies. While the most massive galaxies require additional components, our one-component fits return average properties of the absorbing gas and follow the scaling relations described by a single gas cloud. We explore connections between LIS absorption and direct tracers of the neutral ISM (O i , Ly α , and H i 21 cm), finding that C ii most closely traces the neutral gas trends, while other ions exhibit weaker correlations. Given the challenges with directly observing H i at higher- z , we demonstrate that LIS absorption can be a powerful means to study the neutral ISM and present empirical relationships for predicting neutral gas properties.