Aims: We derive the probability density functions (PDFs) of column density for a complete sample of prominent molecular cloud complexes closer than 200 pc. Methods: We derive near-infrared dust extinction maps for 23 molecular cloud complexes, using the "nicest" colour excess mapping technique and data from the 2MASS archive. The extinction maps are then used to examine the column density PDFs in the clouds. Results: The column density PDFs of most molecular clouds are well-fitted by log-normal functions at low column densities (0.5 mag < A_v < 3-5 mag). However, at higher column densities prominent, power-law-like wings are common. In particular, we identify a trend among the PDFs: active star-forming clouds always have prominent non-log-normal wings. In contrast, clouds without active star formation resemble log-normals over the whole observed column density range, or show only low excess of higher column densities. This trend is also reflected in the cumulative PDFs, showing that the fraction of high column density material is significantly larger in star-forming clouds. These observations are in agreement with an evolutionary trend where turbulent motions are the main cloud-shaping mechanism for quiescent clouds, but the density enhancements induced by them quickly become dominated by gravity (and other mechanisms) which is strongly reflected by the shape of the column density PDFs. The dominant role of the turbulence is restricted to the very early stages of molecular cloud evolution, comparable to the onset of active star formation in the clouds.

`Water In Star-forming regions with Herschel' (WISH) is a key program on the Herschel Space Observatory designed to probe the physical and chemical structure of young stellar objects using water and related molecules and to follow the water abundance from collapsing clouds to planet-forming disks. About 80 sources are targeted covering a wide range of luminosities and evolutionary stages, from cold pre-stellar cores to warm protostellar envelopes and outflows to disks around young stars. Both the HIFI and PACS instruments are used to observe a variety of lines of H2O, H218O and chemically related species. An overview of the scientific motivation and observational strategy of the program is given together with the modeling approach and analysis tools that have been developed. Initial science results are presented. These include a lack of water in cold gas at abundances that are lower than most predictions, strong water emission from shocks in protostellar environments, the importance of UV radiation in heating the gas along outflow walls across the full range of luminosities, and surprisingly widespread detection of the chemically related hydrides OH+ and H2O+ in outflows and foreground gas. Quantitative estimates of the energy budget indicate that H2O is generally not the dominant coolant in the warm dense gas associated with protostars. Very deep limits on the cold gaseous water reservoir in the outer regions of protoplanetary disks are obtained which have profound implications for our understanding of grain growth and mixing in disks.

(Abridged) We present the first public release of high-quality data products (DR1) from Hi-GAL, the {\em Herschel} infrared Galactic Plane Survey. Hi-GAL is the keystone of a suite of continuum Galactic Plane surveys from the near-IR to the radio, and covers five wavebands at 70, 160, 250, 350 and 500 micron, encompassing the peak of the spectral energy distribution of cold dust for 8 < T < 50K. This first Hi-GAL data release covers the inner Milky Way in the longitude range 68{\deg} > l > -70{\deg} in a |b|<1{\deg} latitude strip. Photometric maps have been produced with the ROMAGAL pipeline, that optimally capitalizes on the excellent sensitivity and stability of the bolometer arrays of the {\em Herschel} PACS and SPIRE photometric cameras, to deliver images of exquisite quality and dynamical range, absolutely calibrated with {\em Planck} and {\em IRAS}, and recovering extended emission at all wavelengths and all spatial scales. The compact source catalogues have been generated with the CuTEx algorithm, specifically developed to optimize source detection and extraction in the extreme conditions of intense and spatially varying background that are found in the Galactic Plane in the thermal infrared. Hi-GAL DR1 images will be accessible via a dedicated web-based image cutout service. The DR1 Compact Source Catalogues are delivered as single-band photometric lists containing, in addition to source position, peak and integrated flux and source sizes, a variety of parameters useful to assess the quality and reliability of the extracted sources, caveats and hints to help this assessment are provided. Flux completeness limits in all bands are determined from extensive synthetic source experiments and depend on the specific line of sight along the Galactic Plane. Hi-GAL DR1 catalogues contain 123210, 308509, 280685, 160972 and 85460 compact sources in the five bands, respectively.

Context: The past decade has witnessed a large number of Galactic plane surveys at angular resolutions below 20". However, no comparable high-resolution survey exists at long radio wavelengths around 21cm in line and continuum emission. Methods: Employing the Very Large Array (VLA) in the C-array configuration and a large program, we observe the HI 21cm line, four OH lines, nineteen Halpha radio recombination lines as well as the continuum emission from 1 to 2GHz in full polarization over a large part of the first Galactic quadrant. Results: Covering Galactic longitudes from 14.5 to 67.4deg and latitudes between +-1.25deg, we image all of these lines and the continuum at ~20" resolution. These data allow us to study the various components of the interstellar medium (ISM): from the atomic phase, traced by the HI line, to the molecular phase, observed by the OH transitions, to the ionized medium, revealed by the cm continuum and the Halpha radio recombination lines. Furthermore, the polarized continuum emission enables magnetic field studies. In this overview paper, we discuss the survey outline and present the first data release as well as early results from the different datasets. We now release the first half of the survey; the second half will follow later after the ongoing data processing has been completed. The data in fits format (continuum images and line data cubes) can be accessed through the project web-page http://www.mpia.de/thor. Conclusions: The HI/OH/Recombination line survey of the Milky Way (THOR) opens a new window to the different parts of the ISM. It enables detailed studies of molecular cloud formation, conversion of atomic to molecular gas, and feedback from HII regions as well as the magnetic field in the Milky Way. It is highly complementary to other surveys of our Galaxy, and comparing different datasets allows us to address many open questions.

We present the $^{13}$CO/C$^{18}$O (J=3-2) Heterodyne Inner Milky Way Plane Survey (CHIMPS) which has been carried out using the Heterodyne Array Receiver Program on the 15 m James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) in Hawaii. The high-resolution spectral survey currently covers |b| < 0.5 deg and 28 < l < 46 deg, with an angular resolution of 15 arcsec in 0.5 km/s velocity channels. The spectra have a median rms of $\sim$ 0.6 K at this resolution, and for optically thin gas at an excitation temperature of 10 K, this sensitivity corresponds to column densities of $N_{\mathrm{H}_{2}} \sim 3 \times 10^{20}\,$cm$^{-2}$ and $N_{\mathrm{H}_{2}} \sim 4 \times 10^{21}\,$cm$^{-2}$ for $^{13}$CO and C$^{18}$O, respectively. The molecular gas that CHIMPS traces is at higher column densities and is also more optically thin than in other publicly available CO surveys due to its rarer isotopologues, and thus more representative of the three-dimensional structure of the clouds. The critical density of the J=3-2 transition of CO is $\gtrsim 10^{4}$ cm$^{-3}$ at temperatures of $\leq 20$ K, and so the higher density gas associated with star formation is well traced. These data complement other existing Galactic plane surveys, especially the JCMT Galactic Plane Survey which has similar spatial resolution and column density sensitivity, and the Herschel infrared Galactic Plane Survey. In this paper, we discuss the observations, data reduction and characteristics of the survey, presenting integrated emission maps for the region covered. Position-velocity diagrams allow comparison with Galactic structure models of the Milky Way, and while we find good agreement with a particular four arm model, there are some significant deviations.

To study the atomic, molecular and ionized emission of Giant Molecular Clouds (GMCs), we have initiated a Large Program with the VLA: 'THOR - The HI, OH, Recombination Line survey of the Milky Way'. We map the 21cm HI line, 4 OH lines, 19 H_alpha recombination lines and the continuum from 1 to 2 GHz of a significant fraction of the Milky Way (l=15-67deg, |b|<1deg) at ~20" resolution. In this paper, we focus on the HI emission from the W43 star-formation complex. Classically, the HI 21cm line is treated as optically thin with column densities calculated under this assumption. This might give reasonable results for regions of low-mass star-formation, however, it is not sufficient to describe GMCs. We analyzed strong continuum sources to measure the optical depth, and thus correct the HI 21cm emission for optical depth effects and weak diffuse continuum emission. Hence, we are able to measure the HI mass of W43 more accurately and our analysis reveals a lower limit of M=6.6x10^6 M_sun, which is a factor of 2.4 larger than the mass estimated with the assumption of optically thin emission. The HI column densities are as high as N(HI)~150 M_sun/pc^2 ~ 1.9x10^22 cm^-2, which is an order of magnitude higher than for low mass star formation regions. This result challenges theoretical models that predict a threshold for the HI column density of ~10 M_sun/pc^2, at which the formation of molecular hydrogen should set in. By assuming an elliptical layered structure for W43, we estimate the particle density profiles. While at the cloud edge atomic and molecular hydrogen are well mixed, the center of the cloud is strongly dominated by molecular hydrogen. We do not identify a sharp transition between hydrogen in atomic and molecular form. Our results are an important characterization of the atomic to molecular hydrogen transition in an extreme environment and challenges current theoretical models.

We present the first data release of the James Clerk Maxwell Telescope Plane Survey (JPS), the JPS Public Release 1. JPS is an 850-μm continuum survey of six fields in the northern inner Galactic plane in a longitude range of ℓ = 7°–63°, made with the Submillimetre Common-User Bolometer Array 2. This first data release consists of emission maps of the six JPS regions with an average pixel-to-pixel noise of 7.19 mJy beam−1, when smoothed over the beam, and a compact source catalogue containing 7813 sources. The 95 per cent completeness limits of the catalogue are estimated at 0.04 Jy beam−1 and 0.3 Jy for the peak and integrated flux densities, respectively. The emission contained in the compact source catalogue is 42 ± 5 per cent of the total and, apart from the large-scale (greater than 8 arcmin) emission, there is excellent correspondence with features in the 500-μm Herschel maps. We find that, with two-dimensional matching, 98 ± 2 per cent of sources within the fields centred at ℓ = 20°, 30°, 40° and 50° are associated with molecular clouds, with 91 ± 3 per cent of the ℓ = 30° and 40° sources associated with dense molecular clumps. Matching the JPS catalogue to Herschel 70-μm sources, we find that 38 ± 1 per cent of sources show evidence of ongoing star formation. The JPS Public Release 1 images and catalogue will be a valuable resource for studies of star formation in the Galaxy and the role of environment and spiral arms in the star formation process.