The final product of galaxy evolution through cosmic time is the population of galaxies in the local universe. These galaxies are also those that can be studied in most detail, thus providing a stringent benchmark for our understanding of galaxy evolution. Through the huge success of spectroscopic single-fiber, statistical surveys of the Local Universe in the last decade, it has become clear, however, that an authoritative observational description of galaxies will involve measuring their spatially resolved properties over their full optical extent for a statistically significant sample. We present here the Calar Alto Legacy Integral Field Area (CALIFA) survey, which has been designed to provide a first step in this direction. We summarize the survey goals and design, including sample selection and observational strategy. We also showcase the data taken during the first observing runs (June/July 2010) and outline the reduction pipeline, quality control schemes and general characteristics of the reduced data.

In this paper we investigate the level of star formation activity within nearby molecular clouds. We employ a uniform set of infrared extinction maps to provide accurate assessments of cloud mass and structure and compare these with inventories of young stellar objects within the clouds. We present evidence indicating that both the yield and rate of star formation can vary considerably in local clouds, independent of their mass and size. We find that the surface density structure of such clouds appears to be important in controlling both these factors. In particular, we find that the star formation rate (SFR) in molecular clouds is linearly proportional to the cloud mass (M_{0.8}) above an extinction threshold of A_K approximately equal to 0.8 magnitudes, corresponding to a gas surface density threshold of approximaely 116 solar masses per square pc. We argue that this surface density threshold corresponds to a gas volume density threshold which we estimate to be n(H_2) approximately equal to 10^4\cc. Specifically we find SFR (solar masses per yr) = 4.6 +/- 2.6 x 10^{-8} M_{0.8} (solar masses) for the clouds in our sample. This relation between the rate of star formation and the amount of dense gas in molecular clouds appears to be in excellent agreement with previous observations of both galactic and extragalactic star forming activity. It is likely the underlying physical relationship or empirical law that most directly connects star formation activity with interstellar gas over many spatial scales within and between individual galaxies. These results suggest that the key to obtaining a predictive understanding of the star formation rates in molecular clouds and galaxies is to understand those physical factors which give rise to the dense components of these clouds.

We present UBVRI photometry of 44 Type Ia supernovae (SNe Ia) observed from 1997 to 2001 as part of a continuing monitoring campaign at the Fred Lawrence Whipple Observatory of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. The data set comprises 2190 observations and is the largest homogeneously observed and reduced sample of SNe Ia to date, nearly doubling the number of well-observed, nearby SNe Ia with published multicolor CCD light curves. The large sample of U-band photometry is a unique addition, with important connections to SNe Ia observed at high redshift. The decline rate of SN Ia U-band light curves correlates well with the decline rate in other bands, as does the U - B color at maximum light. However, the U-band peak magnitudes show an increased dispersion relative to other bands even after accounting for extinction and decline rate, amounting to an additional ∼40% intrinsic scatter compared to the B band.

In this paper we investigate scaling relations between star formation rates and molecular gas masses for both local Galactic clouds and a sample of external galaxies. We specifically consider relations between the star formation rates and measurements of dense, as well as total, molecular gas masses. We argue that there is a fundamental empirical scaling relation that directly connects the local star formation process with that operating globally within galaxies. Specifically, the total star formation rate in a molecular cloud or galaxy is linearly proportional to the mass of dense gas within the cloud or galaxy. This simple relation, first documented in previous studies, holds over a span of mass covering nearly nine orders of magnitude and indicates that the rate of star formation is directly controlled by the amount of dense molecular gas that can be assembled within a star formation complex. We further show that the star formation rates and total molecular masses, characterizing both local clouds and galaxies, are correlated over similarly large scales of mass and can be described by a family of linear star formation scaling laws, parameterized by $f_{DG}$, the fraction of dense gas contained within the clouds or galaxies. That is, the underlying star formation scaling law is always linear for clouds and galaxies with the same dense gas fraction. These considerations provide a single unified framework for understanding the relation between the standard (non-linear) extragalactic Schmidt-Kennicutt scaling law, that is typically derived from CO observations of the gas, and the linear star formation scaling law derived from HCN observations of the dense gas.

Galaxies, which often contain ionised gas, sometimes also exhibit a so-called low-ionisation nuclear emission line region (LINER). For 30 years this was attributed to a central mass-accreting supermassive black hole (AGN) of low luminosity, making LINER galaxies the largest AGN-sub-population, dominating in numbers over higher luminosity Seyfert galaxies and quasars. This, however, poses a serious problem. While the inferred energy balance is plausible, many LINERs clearly do not contain any other independent signatures of an AGN. Using integral field spectroscopic data from the CALIFA survey, we aim at comparing the observed radial surface brightness profiles with what is expected from illumination by an AGN. Essential for this analysis is a proper extraction of emission-lines, especially weak lines such as the Balmer Hb line which is superposed on an absorption trough. To accomplish this, we use the GANDALF code which simultaneously fits the underlying stellar continuum and emission lines. We show for 48 galaxies with LINER-like emission, that the radial emission-line surface brightness profiles are inconsistent with ionisation by a central point-source and hence cannot be due to an AGN alone. The most probable explanation for the excess LINER-like emission is ionisation by evolved stars during the short but very hot and energetic phase known as post-AGB. This leads us to an entirely new interpretation. Post-AGB stars are ubiquitous and their ionising effect should be potentially observable in every galaxy with gas present and stars older than ~1 Gyr, unless a stronger radiation field from young hot stars or an AGN outshines them. This means that galaxies with LINER-like emission are in fact not a class defined by a property, but rather by the absence of a property. It also explains why LINER emission is observed mostly in massive galaxies with old stars and little star formation.

Various different physical processes contribute to the star formation and stellar mass assembly histories of galaxies. One important approach to understanding the significance of these different processes on galaxy evolution is the study of the stellar population content of today’s galaxies in a spatially resolved manner. The aim of this paper is to characterize in detail the radial structure of stellar population properties of galaxies in the nearby universe, based on a uniquely large galaxy sample, considering the quality and coverage of the data. The sample under study was drawn from the CALIFA survey and contains 300 galaxies observed with integral field spectroscopy. These cover a wide range of Hubble types, from spheroids to spiral galaxies, while stellar masses range from M⋆ ~ 109 to 7 × 1011 M⊙. We apply the fossil record method based on spectral synthesis techniques to recover the following physical properties for each spatial resolution element in our target galaxies: the stellar mass surface density (μ⋆), stellar extinction (AV), light-weighted and mass-weighted ages (⟨log age⟩L, ⟨log age⟩M), and mass-weighted metallicity (⟨log Z⋆⟩M). To study mean trends with overall galaxy properties, the individual radial profiles are stacked in seven bins of galaxy morphology (E, S0, Sa, Sb, Sbc, Sc, and Sd). We confirm that more massive galaxies are more compact, older, moremetal rich, and less reddened by dust. Additionally, we find that these trends are preserved spatially with the radial distance to the nucleus. Deviations from these relations appear correlated with Hubble type: earlier types are more compact, older, and more metal rich for a given M⋆, which is evidence that quenching is related to morphology, but not driven by mass. Negative gradients of ⟨log age⟩L are consistent with an inside-out growth of galaxies, with the largest ⟨log age⟩L gradients in Sb–Sbc galaxies. Further, the mean stellar ages of disks and bulges are correlated and with disks covering a wider range of ages, and late-type spirals hosting younger disks. However, age gradients are only mildly negative or flat beyond R ~ 2 HLR (half light radius), indicating that star formation is more uniformly distributed or that stellar migration is important at these distances. The gradients in stellar mass surface density depend mostly on stellar mass, in the sense that more massive galaxies are more centrally concentrated. Whatever sets the concentration indices of galaxies obviously depends less on quenching/morphology than on the depth of the potential well. There is a secondary correlation in the sense that at the same M⋆ early-type galaxies have steeper gradients. The μ⋆ gradients outside 1 HLR show no dependence on Hubble type. We find mildly negative ⟨log Z⋆⟩M gradients, which are shallower than predicted from models of galaxy evolution in isolation. In general, metallicity gradients depend on stellar mass, and less on morphology, hinting that metallicity is affected by both – the depth of the potential well and morphology/quenching. Thus, the largest ⟨log Z⋆⟩M gradients occur in Milky Way-like Sb–Sbc galaxies, and are similar to those measured above the Galactic disk. Sc spirals show flatter ⟨log Z⋆⟩M gradients, possibly indicating a larger contribution from secular evolution in disks. The galaxies from the sample have decreasing-outward stellar extinction; all spirals show similar radial profiles, independent from the stellar mass, but redder than E and S0. Overall, we conclude that quenching processes act in manners that are independent of mass, while metallicity and galaxy structure are influenced by mass-dependent processes.

We studied the global and local ℳ-Z relation based on the first data available from the CALIFA survey (150 galaxies). This survey provides integral field spectroscopy of the complete optical extent of each galaxy (up to 2−3 effective radii), with a resolution high enough to separate individualH ii regions and/or aggregations. About 3000 individualH ii regions have been detected. The spectra cover the wavelength range between [OII]3727 and [SII]6731, with a sufficient signal-to-noise ratio to derive the oxygen abundance and star-formation rate associated with each region. In addition, we computed the integrated and spatially resolved stellar masses (and surface densities) based on SDSS photometric data. We explore the relations between the stellar mass, oxygen abundance and star-formation rate using this dataset.

Young massive clusters (YMCs) with stellar masses of 104–105 M☉ and core stellar densities of 104–105 stars per cubic pc are thought to be the "missing link" between open clusters and extreme extragalactic super star clusters and globular clusters. As such, studying the initial conditions of YMCs offers an opportunity to test cluster formation models across the full cluster mass range. G0.253 + 0.016 is an excellent candidate YMC progenitor. We make use of existing multi-wavelength data including recently available far-IR continuum (Herschel/Herschel Infrared Galactic Plane Survey) and mm spectral line (H2O Southern Galactic Plane Survey and Millimetre Astronomy Legacy Team 90 GHz Survey) data and present new, deep, multiple-filter, near-IR (Very Large Telescope/NACO) observations to study G0.253 + 0.016. These data show that G0.253 + 0.016 is a high-mass (1.3 × 105 M☉), low-temperature (Tdust ∼ 20 K), high-volume, and column density (n ∼ 8 × 104 cm−3; cm−2) molecular clump which is close to virial equilibrium (Mdust ∼ Mvirial) so is likely to be gravitationally bound. It is almost devoid of star formation and, thus, has exactly the properties expected for the initial conditions of a clump that may form an Arches-like massive cluster. We compare the properties of G0.253 + 0.016 to typical Galactic cluster-forming molecular clumps and find it is extreme, and possibly unique in the Galaxy. This uniqueness makes detailed studies of G0.253 + 0.016 extremely important for testing massive cluster formation models.

Abstract The Millimetre Astronomy Legacy Team 90 GHz (MALT90) survey aims to characterise the physical and chemical evolution of high-mass star-forming clumps. Exploiting the unique broad frequency range and on-the-fly mapping capabilities of the Australia Telescope National Facility Mopra 22 m single-dish telescope 1 , MALT90 has obtained 3′ × 3′ maps towards ~2 000 dense molecular clumps identified in the ATLASGAL 870 μm Galactic plane survey. The clumps were selected to host the early stages of high-mass star formation and to span the complete range in their evolutionary states (from prestellar, to protostellar, and on to $\mathrm{H\,{\scriptstyle {II}}}$ regions and photodissociation regions). Because MALT90 mapped 16 lines simultaneously with excellent spatial (38 arcsec) and spectral (0.11 km s −1 ) resolution, the data reveal a wealth of information about the clumps’ morphologies, chemistry, and kinematics. In this paper we outline the survey strategy, observing mode, data reduction procedure, and highlight some early science results. All MALT90 raw and processed data products are available to the community. With its unprecedented large sample of clumps, MALT90 is the largest survey of its type ever conducted and an excellent resource for identifying interesting candidates for high-resolution studies with ALMA.