We conduct a comprehensive study on dropout galaxy candidates at $z\sim9-16$ using the first 90 arcmin$^2$ JWST/NIRCam images taken by the early release observations (ERO) and early release science (ERS) programs. With the JWST simulation images, we find that a number of foreground interlopers are selected with a weak photo-$z$ determination ($\Delta\chi^2>4$). We thus carefully apply a secure photo-$z$ selection criterion ($\Delta\chi^2>9$) and conventional color criteria with confirmations of the ERO NIRSpec spectroscopic redshifts, and obtain a total of 23 dropout galaxies at $z\sim9-16$, including two candidates at $z_\mathrm{phot}=16.25_{-0.46}^{+0.24}$ and $16.41_{-0.55}^{+0.66}$. We perform thorough comparisons of dropout galaxies found in our work with recent JWST studies, and conclude that our galaxy sample is reliable enough for statistical analyses. We derive the UV luminosity functions at $z\sim9-16$, and confirm that our UV luminosity functions at $z\sim 9$ and $12$ agree with those determined by other HST and JWST studies. The cosmic star-formation rate density decreases from $z\sim9$ to $12$, and perhaps to $16$, but the densities at $z\sim12-16$ are higher than the constant star formation efficiency model. Interestingly, there are six bright galaxy candidates at $z\sim10-16$ with $M_\mathrm{UV}<-19.5$ mag and $M_*\sim10^{8-9} M_\odot$. Because a majority ($\sim80$\%) of these galaxies show no signatures of AGNs in their morphologies, the high cosmic star-formation rate densities and the existence of these UV-luminous galaxies are explained by no suppression of star-formation by the UV background radiation at the pre-reionization epoch and/or an efficient UV radiation production by a top-heavy IMF with Population III-like star formation.

The physical properties and elemental abundances of the interstellar medium in galaxies during cosmic reionization are important for understanding the role of galaxies in this process. We report the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array detection of an oxygen emission line at a wavelength of 88 micrometers from a galaxy at an epoch about 700 million years after the Big Bang. The oxygen abundance of this galaxy is estimated at about one-tenth that of the Sun. The nondetection of far-infrared continuum emission indicates a deficiency of interstellar dust in the galaxy. A carbon emission line at a wavelength of 158 micrometers is also not detected, implying an unusually small amount of neutral gas. These properties might allow ionizing photons to escape into the intergalactic medium.

Abstract This paper presents the third data release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP), a wide-field multi-band imaging survey with the Subaru 8.2 m telescope. HSC-SSP has three survey layers (Wide, Deep, and UltraDeep) with different area coverages and depths, designed to address a wide array of astrophysical questions. This third release from HSC-SSP includes data from 278 nights of observing time and covers about 670 deg2 in all five broad-band filters (grizy) at the full depth (∼26 mag at 5σ depending on filter) in the Wide layer. If we include partially observed areas, the release covers 1470 deg2. The Deep and UltraDeep layers have $\sim\! 80\%$ of the originally planned integration times, and are considered done, as we have slightly changed the observing strategy in order to compensate for various time losses. There are a number of updates in the image processing pipeline. Of particular importance is the change in the sky subtraction algorithm; we subtract the sky on small scales before the detection and measurement stages, which has significantly reduced the number of false detections. Thanks to this and other updates, the overall quality of the processed data has improved since the previous release. However, there are limitations in the data (for example, the pipeline is not optimized for crowded fields), and we encourage the user to check the quality assurance plots as well as a list of known issues before exploiting the data. The data release website is 〈https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp〉.