The ALMA Spectroscopic Survey in the HUDF: CO Luminosity Functions and the Molecular Gas Content of Galaxies through Cosmic History

Autor: Roberto Decarli, Jorge González-López, Franz E. Bauer, A. Mark Swinbank, Lutz Wisotzki, Pascal Oesch, Benjamin Magnelli, Fabian Walter, Paulo C. Cortes, Pierre Cox, Hanae Inami, Jeff Wagg, Axel Weiss, Elisabete da Cunha, Rachel S. Somerville, Roberto J. Assef, Jacqueline Hodge, David Elbaz, Hans-Walter Rix, Rob Ivison, Chris Carilli, Olivier Le Fevre, Leindert Boogaard, Mladen Novak, Frank Bertoldi, Mark Sargent, Thierry Contini, Paul van der Werf, Manuel Aravena, Tanio Díaz-Santos, Ian Smail, Roland Bacon, Rychard Bouwens, Gergö Popping, Dominik Riechers, Emanuele Daddi, Bade Uzgil
Přispěvatelé: Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), Max-Planck-Gesellschaft, Leiden Observatory [Leiden], Universiteit Leiden [Leiden], National Radio Astronomy Observatory [Socorro] (NRAO), National Radio Astronomy Observatory (NRAO), Département d'Astrophysique (ex SAP) (DAP), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Cornell University, Millimeter and Submillimeter Astronomy, Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIFR), Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d'Astrophysique de Paris (IAP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Universiteit Leiden, Cornell University [New York], Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
Rok vydání: 2019
Předmět:
010504 meteorology & atmospheric sciences
media_common.quotation_subject
Astrophysics::High Energy Astrophysical Phenomena
FOS: Physical sciences
Astrophysics
Astrophysics::Cosmology and Extragalactic Astrophysics
01 natural sciences
Luminosity
surveys
0103 physical sciences
010303 astronomy & astrophysics
evolution [galaxies]
Astrophysics::Galaxy Astrophysics
QB
0105 earth and related environmental sciences
Luminosity function (astronomy)
media_common
Physics
ISM [galaxies]
[SDU.ASTR]Sciences of the Universe [physics]/Astrophysics [astro-ph]
Star formation
Astronomy and Astrophysics
luminosity function
mass function [galaxies]
Hubble Ultra-Deep Field
Astrophysics - Astrophysics of Galaxies
Galaxy
Universe
Redshift
13. Climate action
Space and Planetary Science
Astrophysics of Galaxies (astro-ph.GA)
Content (measure theory)
high-redshift [galaxies]
Zdroj: The Astrophysical Journal
The Astrophysical Journal, American Astronomical Society, 2019, 882 (2), pp.138. ⟨10.3847/1538-4357/ab30fe⟩
Astrophysical journaL, 2019, Vol.882(2), pp.138 [Peer Reviewed Journal]
Decarli, R, Walter, F, Gonzalez-Lopez, J, Aravenu, M, Boogaard, L, Carilli, C, Cox, P, Daddi, E, Popping, G, Riechers, D, Uzgil, B, Weiss, A, Assef, R J, Bacon, R, Bauer, F E, Bertoldi, F, Bouwens, R, Contini, T, Cortes, P C, da Cunha, E, Diaz-Santos, T, Elbaz, D, Inami, H, Hodge, J, Ivison, R, Le Fevre, O, Magnelli, B, Novak, M, Oesch, P, Rix, H-W, Sargent, M T, Smail, I, Swinbank, A M, Somerville, R S, van Der Werf, P, Wagg, J & Wisotzki, L 2019, ' The ALMA Spectroscopic Survey in the HUDF : CO Luminosity Functions and the Molecular Gas Content of Galaxies through Cosmic History ', Astrophysical Journal, vol. 882, no. 2, 138 . https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab30fe
Astrophysical Journal (0004-637X), 882(2), 138
The Astrophysical Journal, 2019, 882 (2), pp.138. ⟨10.3847/1538-4357/ab30fe⟩
ISSN: 1538-4357
0004-637X
1538-3881
0067-0049
1538-3873
0034-4885
DOI: 10.3847/1538-4357/ab30fe
Popis: We use the results from the ALMA large program ASPECS, the spectroscopic survey in the Hubble Ultra Deep Field (HUDF), to constrain CO luminosity functions of galaxies and the resulting redshift evolution of $\rho$(H$_2$). The broad frequency range covered enables us to identify CO emission lines of different rotational transitions in the HUDF at $z>1$. We find strong evidence that the CO luminosity function evolves with redshift, with the knee of the CO luminosity function decreasing in luminosity by an order of magnitude from $\sim$2 to the local universe. Based on Schechter fits, we estimate that our observations recover the majority (up to $\sim$90%, depending on the assumptions on the faint end) of the total cosmic CO luminosity at $z$=1.0-3.1. After correcting for CO excitation, and adopting a Galactic CO-to-H$_2$ conversion factor, we constrain the evolution of the cosmic molecular gas density $\rho$(H$_2$): this cosmic gas density peaks at $z\sim1.5$ and drops by factor of $6.5_{-1.4}^{+1.8}$ to the value measured locally. The observed evolution in $\rho$(H$_2$) therefore closely matches the evolution of the cosmic star formation rate density $\rho_{\rm SFR}$. We verify the robustness of our result with respect to assumptions on source inclusion and/or CO excitation. As the cosmic star formation history can be expressed as the product of the star formation efficiency and the cosmic density of molecular gas, the similar evolution of $\rho$(H$_2$) and $\rho_{\rm SFR}$ leaves only little room for a significant evolution of the average star formation efficiency in galaxies since $z\sim 3$ (85% of cosmic history).
Comment: 22 pages, 11 figures. Paper re-submitted to ApJ after addressing the first round of comments by the referee
Databáze: OpenAIRE
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