Massive galaxies in the early Universe have been shown to be forming stars at surprisingly high rates. Prominent examples are dust-obscured galaxies which are luminous when observed at sub-millimeter (sub-mm) wavelengths and which may be forming stars at rates upto 1,000Mo/yr. These intense bursts of star formation are believed to be driven by mergers between gas rich galaxies. However, probing the properties of individual star-forming regions within these galaxies is beyond the spatial resolution and sensitivity of even the largest telescopes at present. Here, we report observations of the sub-mm galaxy SMMJ2135-0102 at redshift z=2.3259 which has been gravitationally magnified by a factor of 32 by a massive foreground galaxy cluster lens. This cosmic magnification, when combined with high-resolution sub-mm imaging, resolves the star-forming regions at a linear scale of just ~100 parsecs. We find that the luminosity densities of these star-forming regions are comparable to the dense cores of giant molecular clouds in the local Universe, but they are ~100x larger and 10^7 times more luminous. Although vigorously star-forming, the underlying physics of the star formation processes at z~2 appears to be similar to that seen in local galaxies even though the energetics are unlike anything found in the present-day Universe.

We present an analysis of the molecular and atomic gas emission in the rest-frame far-infrared and sub-millimetre, from the lensed z=2.3 sub-millimetre galaxy SMM J2135-0102. We obtain very high signal-to-noise detections of 11 transitions from 3 species and limits on a further 20 transitions from 9 species. We use the 12CO, [CI] and HCN line strengths to investigate the gas mass, kinematic structure and interstellar medium (ISM) chemistry, and find strong evidence for a two-phase medium comprising a hot, dense, luminous component and an underlying extended cool, low-excitation massive component. Employing photo-dissociation region models we show that on average the molecular gas is exposed to a UV radiation field that is ~1000 x more intense than the Milky Way, with star-forming regions having a characteristic density of n~10^4 /cm^3. These conditions are similar to those found in local ULIRGs and in the central regions of typical starburst galaxies, even though the star formation rate is far higher in this system. The 12CO spectral line energy distribution and line profiles give strong evidence that the system comprises multiple kinematic components with different conditions, including temperature, and line ratios suggestive of high cosmic ray flux within clouds. We show that, when integrated over the galaxy, the gas and star-formation surface densities appear to follow the Kennicutt-Schmidt relation, although when compared to high-resolution sub-mm imaging, our data suggest that this relation breaks down on scales of <100pc. By virtue of the lens amplification, these observations uncover a wealth of information on the star formation and ISM at z~2.3 at a level of detail that has only recently become possible at z<0.1, and show the potential physical properties that will be studied in unlensed galaxies when ALMA is in full operation. (Abridged).

The evolution of galaxies is largely affected by exchanging material with their close environment, the circumgalactic medium (CGM). In this work, we investigate the CGM and the interstellar medium (ISM) of the bright central galaxy (BCG) of the galaxy cluster, MACS1931-26 at $z We detected and emission lines with the APEX 12-m and NRO 45-m telescopes. We complemented these single-dish observations with and ALMA interferometric data and inferred the cold molecular hydrogen physical properties. Using a modified large velocity gradient (LVG) model, we modelled the and CI emission of the CGM and BCG to extract the gas thermodynamical properties, including the kinetic temperature, the density, and the virialisation factor. Our study shows that the gas in the BCG is highly excited, comparable to the gas in local ultra luminous infrared galaxies (ULIRGs), while the CGM is likely less excited, colder, less dense, and less bound compared to the ISM of the BCG. The molecular hydrogen mass of the whole system derived using is larger than the mass derived from in literature, showing that part of the gas in this system is CO-poor. Additional spatially resolved CI observations in both transitions and and the completion of the CO SLED with higher CO transitions are crucial to trace the different phases of the gas in such systems and constrain their properties.

CarbON CII line in post-rEionisation and ReionisaTiOn epoch (CONCERTO) instrument is a low-resolution mapping spectrometer based on lumped element kinetic inductance detector (LEKIDs) technology, operating at 130--310\,GHz. It was installed on the 12-metre APEX telescope in Chile in April 2021 and was in operation until May 2023. CONCERTO's main goals were the observation of CII -emission line fluctuations at high redshift and of the Sunyaev–Zel'dovich (SZ) signal from galaxy clusters. We present the data processing algorithms and the performance of CONCERTO in continuum by analysing the data from the commissioning and scientific observations. We developed a standard data processing pipeline to proceed from the raw data to continuum maps. Using a large dataset of calibrators (Uranus, Mars, and quasars) acquired in 2021 and 2022 at the APEX telescope across a wide range of atmospheric conditions, we measured the CONCERTO continuum performance and tested its stability against observing conditions. Further, using observations on the COSMOS field and observations targeting a distant sub-millimetre galaxy in the UDS field, we assessed the robustness of the CONCERTO performance on faint sources and compared our measurements with expectations. The beam pattern is characterised by an effective full width at half maximum (FWHM) of $31.9 and $34.4 for high-frequency (HF) and low-frequency (LF) bands, respectively. The main beam is slightly elongated with a mean eccentricity of 0.46. Two error beams of $ and $ are characterised, allowing us to estimate a main beam efficiency of $ 0.52$. The field of view is accurately reconstructed and presents coherent distortions between the HF and LF arrays. LEKID parameters were robustly determined for 80<!PCT!> of the read tones. Cross-talks between LEKIDs are the first cause of flagging, followed by an excess of eccentricity for sim 10<!PCT!> of the LEKIDs, all located in a given region of the field of view. Of the 44 scans of Uranus selected for the absolute photometric calibration, 72.5$<!PCT!>$ and 78.2$<!PCT!>$ of the LEKIDs were selected as valid detectors with a probability $>$70$<!PCT!>$. By comparing the Uranus measurements with a model, we obtain calibration factors of 19.5pm Hz/Jy Hz/Jy for HF and LF, respectively. The point-source continuum measurement uncertainties are 3.0<!PCT!> and 3.4<!PCT!> for the HF and LF bands, ignoring the uncertainty in the model (which is $<2<!PCT!>$). This demonstrates the accuracy of the methods we deployed to process the data. Finally, the RMS of CONCERTO maps is verified to evolve as proportional to the inverse square root of the integration time. The measured noise-equivalent flux densities (NEFDs) for HF and LF are 115pm 2\,mJy/beamcdot $ and 95pm 1\,mJy/beamcdot $, respectively, obtained using CONCERTO data on the COSMOS field for a mean precipitable water vapour (pwv) and elevation of 0.81\,mm and 55.7\,deg . CONCERTO has unique capabilities in fast dual-band spectral mapping at sim 30 arcsecond resolution and with a sim 18.5-arcminute instantaneous field of view. CONCERTO's performance in continuum is perfectly in line with expectations.

Modern astrophysics relies on intricate instrument setups to meet the demands of sensitivity, sky coverage, and multi-channel observations. An example is the CONCERTO project, employing advanced technology like kinetic inductance detectors and a Martin-Puplett interferometer. This instrument, installed at the APEX telescope atop the Chajnantor plateau, began commissioning observations in April 2021. Following a successful commissioning phase that concluded in June 2021, CONCERTO was offered to the scientific community for observations, with a final observing run in December 2022. CONCERTO boasts an 18.5 arcmin field of view and a spectral resolution down to 1.45 GHz in the 130–310 GHz electromagnetic band. We developed a comprehensive instrument model of CONCERTO inspired by Fourier transform spectrometry principles to optimize performance and address systematic errors. This model integrates instrument noises, subsystem characteristics, and celestial signals, leveraging both physical data and simulations. Our methodology involves delineating simulation components, executing on-sky simulations, and comparing results with real observations. The resulting instrument model is pivotal, enabling a precise error correction and enhancing the reliability of astrophysical insights obtained from observational data. In this work, we focus on the description of three white-noise noise components included in the instrument model that characterize the white-noise level: the photon, the generation-recombination, and the amplifier noises.