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The Dust and [C ii] Morphologies of Redshift ∼4.5 Sub-millimeter Galaxies at ∼200 pc Resolution:The Absence of Large Clumps in the Interstellar Medium at High-redshift

Authors :
Novak, Mladen
Sargent, Mark
Herrera-Camus, R.
Belli, S.
Übler, H.
Shimizu, T.
Davies, R.
Sturm, E.
Colina, L.
Cunha, E. da
Rybak, M.
Venemans, B.
Brandt, W.
Rivera, G. Calistro
Knudsen, K.
Werf, P. van der
Freundlich, J.
Combes, F.
Tacconi, L.
Genzel, R.
Garcia-Burillo, S.
Bolatto, A.
Lilly, S.
Salomé, P.
Bicalho, I.
Boissier, J.
Boone, F.
Bouché, N.
Bournaud, F.
Burkert, A.
Carollo, M.
Cooper, M.
Feruglio, C.
Förster Schreiber, N.
Juneau, S.
Lippa, M.
Lutz, D.
Naab, T.
Renzini, A.
Saintonge, A.
Sternberg, A.
Weiner, B.
Weiß, A.
Wuyts, S.
Bouwens, Rychard
Brinchmann, Jarle
Maseda, Michael
Matthee, Jorryt
Schaye, Joop
Schouws, Sander
Pavesi, Riccardo
Le Fèvre, Olivier
Yang, C.
Gavazzi, R.
Beelen, A.
Lehnert, M.
Gao, Y.
Barcos-Muñoz, L.
Neri, R.
Fu, H.
González-Alfonso, E.
Michałowski, M.
Nightingale, J.
Pérez-Fournon, I.
Shao, Yali
Wang, Ran
Li, Jianan
Fan, Xiaohui
Jiang, Linhua
Strauss, Michael
Menten, Karl
Ma, Jingzhe
Cooray, Asantha
Nayyeri, Hooshang
Brown, Arianna
Ghotbi, Noah
Oteo, Ivan
Duivenvoorden, Steven
Greenslade, Joshua
Clements, David
Battisti, Andrew
Ashby, Matthew
Perez-Fournon, Ismael
Oliver, Seb
Eales, Stephen
Negrello, Mattia
Dye, Simon
Dunne, Loretta
Omont, Alain
Serjeant, Stephen
Maddox, Steve
Valiante, Elisabetta
Pillepich, Annalisa
Nelson, Dylan
Cunha, Elisabete da
Diemer, Benedikt
González-López, Jorge
Hernquist, Lars
Marinacci, Federico
Rix, Hans-Walter
Swinbank, Mark
Vogelsberger, Mark
Werf, Paul van der
Yung, L.
Aravena, Manuel
Decarli, Roberto
Gónzalez-López, Jorge
Boogaard, Leindert
Carilli, Chris
Popping, Gergö
Assef, Roberto
Bacon, Roland
Bauer, Franz Erik
Bouwens, Richard
Contini, Thierry
Cortes, Paulo
Da Cunha, Elisabete
Daddi, Emanuele
Díaz-Santos, Tanio
Elbaz, David
Inami, Hanae
Fevre, Olivier Le
Magnelli, Benjamin
Oesch, Pascal
Riechers, Dominik
Somerville, Rachel
Uzgil, Bade
Wagg, Jeff
Wisotzki, Lutz
Gullberg, B.
Swinbank, A. Mark
Smail, Ian
Biggs, A.
Bertoldi, Frank
Breuck, C. De
Chapman, S.
Chen, Chian-Chou
Cooke, E.
Coppin, K.
Cox, Pierre
Dannerbauer, H.
Dunlop, J.
Edge, A.
Farrah, D.
Geach, J.
GREVE, T.
Hodge, Jacqueline
Ibar, E.
Ivison, Rob
Karim, A.
Schinnerer, E.
Scott, Douglas
Simpson, J.
Stach, S.
Thomson, A.
Van Der Werf, Paul
Walter, Fabian
Wardlow, Julie
Weiss, Axel
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)
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE)
Max-Planck-Gesellschaft
Department of Physics
Durham University
Racah Institute of Physics
The Hebrew University of Jerusalem (HUJ)
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Observatorio Astronomico Nacional [Madrid] (OAN)
Instituto Geografico Nacional (IGN)
Department of Astronomy [College Park]
University of Maryland [College Park]
University of Maryland System-University of Maryland System
AUTRES
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA (UMR_8112))
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Interactions Hôtes-Pathogènes-Environnements (IHPE)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)
Institut Interdisciplinaire d'Innovation Technologique (3IT)
Université de Sherbrooke [Sherbrooke]
Universitätssternwarte der Ludwig-Maximiliansuniversität
Ludwig-Maximiliansuniversität
Institute for Astronomy [Zürich]
Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology in Zürich [Zürich] (ETH Zürich)
University of São Paulo
INAF - Osservatorio Astronomico di Roma (OAR)
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)
Steward observatory
University of Arizona
Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE)
Institut of Physics - Riga
Latvian Academy of Sciences
Leiden Observatory [Leiden]
Universiteit Leiden [Leiden]
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)
Guangzhou Marine Geological Survey
Ministry of Land and Resources (MLR)
Physics Department [Santa Barbara]
University of California [Santa Barbara] (UCSB)
University of California-University of California
Institut d'astrophysique spatiale (IAS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (GEPI)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)
Milieux aquatiques, écologie et pollutions (UR MALY)
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Universidad de Alcalá - University of Alcalá (UAH)
Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC)
Institute of Plant and Environment Protection
Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Arizona State University [Tempe] (ASU)
Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIFR)
California Institute of Technology (CALTECH)
Astronomy Centre, University of Sussex
University of Massachusetts [Amherst] (UMass Amherst)
University of Massachusetts System (UMASS)
School of Physics and Astronomy [Cardiff]
Cardiff University
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Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Sciences Moléculaires de Marseille (ISM2)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Marseille (ECM)-Aix Marseille Université (AMU)
School of Physics and Astronomy [Nottingham]
University of Nottingham, UK (UON)
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA)
Harvard University [Cambridge]-Smithsonian Institution
Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA)
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National Radio Astronomy Observatory [Socorro] (NRAO)
National Radio Astronomy Observatory (NRAO)
Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL)
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Université de Lyon-Université de Lyon-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
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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
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Yale University [New Haven]
Cornell University
Rutgers University
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Institute of Computational Cosmology
Argelander Institute for Astronomy (AlfA)
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Université de Lyon
SUPA, Institute for Astronomy
University of Edinburgh
University of Wales
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Virginia Tech [Blacksburg]
Space Plasma Group
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Interactions et dynamique des environnements de surface (IDES)
CLRC Daresbury
SFTC
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Institut des sciences du cerveau de Toulouse. (ISCT)
Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
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Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut des sciences du cerveau de Toulouse. (ISCT)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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)
Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Gullberg, B, Swinbank, A M, Smail, I, Biggs, A D, Bertoldi, F, Breuck, C D, Chapman, S C, Chen, C C, Cooke, E A, Coppin, K E K, Cox, P, Dannerbauer, H, Dunlop, J S, Edge, A C, Farrah, D, Geach, J E, Greve, T R, Hodge, J, Ibar, E, Ivison, R J, Karim, A, Schinnerer, E, Scott, D, Simpson, J M, Stach, S M, Thomson, A P, Van Der Werf, P, Walter, F, Wardlow, J L & Weiss, A 2018, ' The Dust and [C ii] Morphologies of Redshift ∼4.5 Sub-millimeter Galaxies at ∼200 pc Resolution : The Absence of Large Clumps in the Interstellar Medium at High-redshift ', Astrophysical Journal, vol. 859, no. 1, 12 . https://doi.org/10.3847/1538-4357/aabe8c, The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, American Astronomical Society, 2018, 859 (1), pp.12. ⟨10.3847/1538-4357/aabe8c⟩, Gullberg, B, Swinbank, A M, Smail, I, Biggs, A D, Bertoldi, F, Breuck, C D, Chapman, S C, Chen, C, Cooke, E A, Coppin, K E K, Cox, P, Dannerbauer, H, Dunlop, J S, Edge, A C, Farrah, D, Geach, J E, Greve, T R, Hodge, J, Ibar, E, Ivison, R J, Karim, A, Schinnerer, E, Scott, D, Simpson, J M, Stach, S M, Thomson, A P, Van Der Werf, P, Walter, F, Wardlow, J L & Weiss, A 2018, ' The Dust and [C ii] Morphologies of Redshift ∼4.5 Sub-millimeter Galaxies at ∼200 pc Resolution: The Absence of Large Clumps in the Interstellar Medium at High-redshift ', The Astrophysical Journal, vol. 859, no. 1, pp. 12 . https://doi.org/10.3847/1538-4357/aabe8c, Astrophysical journal, 2018, Vol.859(1), pp.12 [Peer Reviewed Journal], Astrophysical Journal, 859(1), 12
Publication Year :
2018

Abstract

We present deep high resolution (0.03", 200pc) ALMA Band 7 observations covering the dust continuum and [CII] $\lambda157.7\mu$m emission in four $z\sim4.4-4.8$ sub-millimeter galaxies (SMGs) selected from the ALESS and AS2UDS surveys. The data show that the rest-frame 160$\mu$m (observed 345 GHz) dust emission is consistent with smooth morphologies on kpc scales for three of the sources. One source, UDS47.0, displays apparent substructure but this is also consistent with a smooth morphology, as indicated by simulations showing that smooth exponential disks can appear clumpy when observed at high angular resolution (0.03") and depth of these observations ($\sigma_{345\text{GHz}} \sim27-47\mu$Jy beam$^{-1}$). The four SMGs are bright [CII] emitters, and we extract [CII] spectra from the high resolution data, and recover $\sim20-100$% of the [CII] flux and $\sim40-80$% of the dust continuum emission, compared to the previous lower resolution observations. When tapered to 0.2" resolution our maps recover $\sim80-100$% of the continuum emission, indicating that $\sim60$% of the emission is resolved out on $\sim200$pc scales. We find that the [CII] emission in high-redshift galaxies is more spatially extended than the rest-frame 160$\mu$m dust continuum by a factor of $1.6\pm0.4$. By considering the $L_{\text{[CII]}}$/$L_{\text{FIR}}$ ratio as a function of the star-formation rate surface density ($\Sigma_{\text{SFR}}$) we revisit the [CII] deficit, and suggest that the decline in the $L_{\text{[CII]}}$/$L_{\text{FIR}}$ ratio as a function of $\Sigma_{\text{SFR}}$ is consistent with local processes. We also explore the physical drivers that may be responsible for these trends and can give rise to the properties found in the densest regions of SMGs.<br />Comment: 15 pages, 6 figures, 4 tables, accepted for publication in ApJ

Details

Language :
English
ISSN :
0004637X and 15384357
Database :
OpenAIRE
Journal :
Gullberg, B, Swinbank, A M, Smail, I, Biggs, A D, Bertoldi, F, Breuck, C D, Chapman, S C, Chen, C C, Cooke, E A, Coppin, K E K, Cox, P, Dannerbauer, H, Dunlop, J S, Edge, A C, Farrah, D, Geach, J E, Greve, T R, Hodge, J, Ibar, E, Ivison, R J, Karim, A, Schinnerer, E, Scott, D, Simpson, J M, Stach, S M, Thomson, A P, Van Der Werf, P, Walter, F, Wardlow, J L & Weiss, A 2018, ' The Dust and [C ii] Morphologies of Redshift ∼4.5 Sub-millimeter Galaxies at ∼200 pc Resolution : The Absence of Large Clumps in the Interstellar Medium at High-redshift ', Astrophysical Journal, vol. 859, no. 1, 12 . https://doi.org/10.3847/1538-4357/aabe8c, The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, American Astronomical Society, 2018, 859 (1), pp.12. ⟨10.3847/1538-4357/aabe8c⟩, Gullberg, B, Swinbank, A M, Smail, I, Biggs, A D, Bertoldi, F, Breuck, C D, Chapman, S C, Chen, C, Cooke, E A, Coppin, K E K, Cox, P, Dannerbauer, H, Dunlop, J S, Edge, A C, Farrah, D, Geach, J E, Greve, T R, Hodge, J, Ibar, E, Ivison, R J, Karim, A, Schinnerer, E, Scott, D, Simpson, J M, Stach, S M, Thomson, A P, Van Der Werf, P, Walter, F, Wardlow, J L & Weiss, A 2018, ' The Dust and [C ii] Morphologies of Redshift ∼4.5 Sub-millimeter Galaxies at ∼200 pc Resolution: The Absence of Large Clumps in the Interstellar Medium at High-redshift ', The Astrophysical Journal, vol. 859, no. 1, pp. 12 . https://doi.org/10.3847/1538-4357/aabe8c, Astrophysical journal, 2018, Vol.859(1), pp.12 [Peer Reviewed Journal], Astrophysical Journal, 859(1), 12
Accession number :
edsair.doi.dedup.....59f56fc40ae0e6cfba060a2997ac265c