Hi-GAL, the Herschel infrared Galactic Plane Survey, is an Open Time Key Project of the Herschel Space Observatory. It will make an unbiased photometric survey of the inner Galactic plane by mapping a 2° wide strip in the longitude range ∣l∣ < 60° in five wavebands between 70 μm and 500 μm. The aim of Hi-GAL is to detect the earliest phases of the formation of molecular clouds and high-mass stars and to use the optimum combination of Herschel wavelength coverage, sensitivity, mapping strategy, and speed to deliver a homogeneous census of star-forming regions and cold structures in the interstellar medium. The resulting representative samples will yield the variation of source temperature, luminosity, mass and age in a wide range of Galactic environments at all scales from massive YSOs in protoclusters to entire spiral arms, providing an evolutionary sequence for the formation of intermediate and high-mass stars. This information is essential to the formulation of a predictive global model of the role of environment and feedback in regulating the star-formation process. Such a model is vital to understanding star formation on galactic scales and in the early universe. Hi-GAL will also provide a science legacy for decades to come with incalculable potential for systematic and serendipitous science in a wide range of astronomical fields, enabling the optimum use of future major facilities such as JWST and ALMA.

We present first results of the H_2O Southern Galactic Plane Survey (HOPS), using the Mopra radiotelescope with a broad band backend and a beam size of about 2'. We have observed 100 square degrees of the southern Galactic plane at 12mm (19.5 to 27.5GHz), including spectral line emission from water masers, multiple metastable transitions of ammonia, cyanoacetylene, methanol and radio recombination lines. In this paper, we report on the characteristics of the survey and water maser emission. We find 540 water masers, of which 334 are new detections. The strongest maser is 3933Jy and the weakest is 0.7Jy, with 62 masers over 100Jy. In 14 maser sites, the spread in velocity of the water maser emission exceeds 100km/s. In one region, the water maser velocities are separated by 351.3km/s. The rms noise levels are typically between 1-2Jy, with 95% of the survey under 2Jy. We estimate completeness limits of 98% at around 8.4Jy and 50% at around 5.5Jy. We estimate that there are between 800 and 1500 water masers in the Galaxy that are detectable in a survey with similar completeness limits to HOPS. We report possible masers in NH_3 (11,9) and (8,6) emission towards G19.61-0.23 and in the NH_3 (3,3) line towards G23.33-0.30.

Using spectral-line observations of HNCO, N2H+, and HNC, we investigate the kinematics of dense gas in the central ~250 pc of the Galaxy. We present SCOUSE (Semi-automated multi-COmponent Universal Spectral-line fitting Engine), a line fitting algorithm designed to analyse large volumes of spectral-line data efficiently and systematically. Unlike techniques which do not account for complex line profiles, SCOUSE accurately describes the {l, b, v_LSR} distribution of CMZ gas, which is asymmetric about Sgr A* in both position and velocity. Velocity dispersions range from 2.6 km/s<\sigma<53.1 km/s. A median dispersion of 9.8 km/s, translates to a Mach number, M_3D>28. The gas is distributed throughout several "streams", with projected lengths ~100-250 pc. We link the streams to individual clouds and sub-regions, including Sgr C, the 20 and 50 km/s clouds, the dust ridge, and Sgr B2. Shell-like emission features can be explained by the projection of independent molecular clouds in Sgr C and the newly identified conical profile of Sgr B2 in {l ,b, v_LSR} space. These features have previously invoked supernova-driven shells and cloud-cloud collisions as explanations. We instead caution against structure identification in velocity-integrated emission maps. Three geometries describing the 3-D structure of the CMZ are investigated: i) two spiral arms; ii) a closed elliptical orbit; iii) an open stream. While two spiral arms and an open stream qualitatively reproduce the gas distribution, the most recent parameterisation of the closed elliptical orbit does not. Finally, we discuss how proper motion measurements of masers can distinguish between these geometries, and suggest that this effort should be focused on the 20 km/s and 50 km/s clouds and Sgr C.

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.

We describe a pilot survey conducted with the Mopra 22 m radio telescope in preparation for the Millimeter Astronomy Legacy Team Survey at 90 GHz (MALT90). We identified 182 candidate dense molecular clumps using six different selection criteria and mapped each source simultaneously in 16 different lines near 90 GHz. We present a summary of the data and describe how the results of the pilot survey shaped the design of the larger MALT90 survey. We motivate our selection of target sources for the main survey based on the pilot detection rates and demonstrate the value of mapping in multiple lines simultaneously at high spectral resolution.

Abstract We present the initial results of a 3-mm spectral-line survey towards 83 methanol maser-selected massive star-forming regions. Here, we report observations of the J = 5–4 and 6–5 rotational transitions of methyl cyanide (CH3CN) and the J = 1–0 transition of HCO+ and H13CO+. CH3CN emission is detected in 58 sources (70 per cent of our sample). We estimate the temperature and column density for 37 of these using the rotational diagram (RD) method. The temperatures we derive range from 28–166 K, and are lower than previously reported temperatures, derived from higher J transitions. We find that CH3CN is brighter and more commonly detected towards ultracompact H ii (UCH ii) regions than towards isolated maser sources. Detection of CH3CN towards isolated maser sources strongly suggests that these objects are internally heated and that CH3CN is excited prior to the UCH ii phase of massive star formation. HCO+ is detected towards 82 sources (99 per cent of our sample), many of which exhibit asymmetric line profiles compared to H13CO+. Skewed profiles are indicative of inward or outward motions, however, we find approximately equal numbers of red- and blue-skewed profiles among all classes. Column densities are derived from an analysis of the HCO+ and H13CO+ line profiles. 80 sources have mid-infrared (mid-IR) counterparts: 68 seen in emission and 12 seen in absorption as ‘dark clouds’. Seven of the 12 dark clouds exhibit asymmetric HCO+ profiles, six of which are skewed to the blue, indicating infalling motions. CH3CN is also common in dark clouds, where it has a 90 per cent detection rate.

The H2O Southern Galactic Plane Survey (HOPS) has mapped a 100 degree strip of the Galactic plane (-70deg > l > 30deg, |b| < 0.5deg) using the 22-m Mopra antenna at 12-mm wavelengths. Observations were conducted in on-the-fly mode using the Mopra spectrometer (MOPS), targeting water masers, thermal molecular emission and radio-recombination lines. Foremost among the thermal lines are the 23 GHz transitions of NH3 J,K = (1,1) and (2,2), which trace the densest parts of molecular clouds (n > 10^4 cm^{-3}). In this paper we present the NH3 (1,1) and (2,2) data, which have a resolution of 2 arcmin and cover a velocity range of +/-200 km/s. The median sensitivity of the NH3 data-cubes is sigma_Tmb = 0.20 +/1 0.06 K. For the (1,1) transition this sensitivity equates to a 3.2 kpc distance limit for detecting a 20 K, 400 Msun cloud at the 5-sigma level. Similar clouds of mass 5,000 Msun would be detected as far as the Galactic centre, while 30,000 Msun clouds would be seen across the Galaxy. We have developed an automatic emission finding procedure based on the ATNF DUCHAMP software and have used it to create a new catalogue of 669 dense molecular clouds. The catalogue is 100 percent complete at the 5-sigma detection limit (Tmb = 1.0 K). A preliminary analysis of the ensemble cloud properties suggest that the near kinematic distances are favoured. The cloud positions are consistent with current models of the Galaxy containing a long bar. Combined with other Galactic plane surveys this new molecular-line dataset constitutes a key tool for examining Galactic structure and evolution. Data-cubes, spectra and catalogues are available to the community via the HOPS website.

We present a fully sampled C18O (1–0) map towards the southern giant molecular cloud (GMC) associated with the H ii region RCW 106, and use it in combination with previous 13CO (1–0) mapping to estimate the gas column density as a function of position and velocity. We find localized regions of significant 13CO optical depth in the northern part of the cloud, with several of the high-opacity clouds in this region likely associated with a limb-brightened shell around the H ii region G333.6−0.2. Optical depth corrections broaden the distribution of column densities in the cloud, yielding a lognormal distribution as predicted by simulations of turbulence. Decomposing the 13CO and C18O data cubes into clumps, we find relatively weak correlations between size and linewidth, and a more sensitive dependence of luminosity on size than would be predicted by a constant average column density. The clump mass spectrum has a slope near −1.7, consistent with previous studies. The most massive clumps appear to have gravitational binding energies well in excess of virial equilibrium; we discuss possible explanations, which include magnetic support and neglect of time-varying surface terms in the virial theorem. Unlike molecular clouds as a whole, the clumps within the RCW 106 GMC, while elongated, appear to show random orientations with respect to the Galactic plane.

Abstract We characterise the Millimetre Astronomy Legacy Team 90 GHz Survey (MALT90) and the Mopra telescope at 90 GHz. We combine repeated position-switched observations of the source G300.968+01.145 with a map of the same source in order to estimate the pointing reliability of the position-switched observations and, by extension, the MALT90 survey; we estimate our pointing uncertainty to be 8 arcsec. We model the two strongest sources of systematic gain variability as functions of elevation and time-of-day and quantify the remaining absolute flux uncertainty. Corrections based on these two variables reduce the scatter in repeated observations from 12%–25% down to 10%–17%. We find no evidence for intrinsic source variability in G300.968+01.145. For certain applications, the corrections described herein will be integral for improving the absolute flux calibration of MALT90 maps and other observations using the Mopra telescope at 90 GHz.