We present the KMOS^3D survey, a new integral field survey of over 600 galaxies at 0.71$, implying that the star-forming 'main sequence' (MS) is primarily composed of rotating galaxies at both redshift regimes. When considering additional stricter criteria, the Halpha kinematic maps indicate at least ~70% of the resolved galaxies are disk-like systems. Our high-quality KMOS data confirm the elevated velocity dispersions reported in previous IFS studies at z>0.7. For rotation-dominated disks, the average intrinsic velocity dispersion decreases by a factor of two from 50 km/s at z~2.3 to 25 km/s at z~0.9 while the rotational velocities at the two redshifts are comparable. Combined with existing results spanning z~0-3, disk velocity dispersions follow an approximate (1+z) evolution that is consistent with the dependence of velocity dispersion on gas fractions predicted by marginally-stable disk theory.

The ALPINE-ALMA large program targets the [CII] 158 $\mu$m line and the far-infrared continuum in 118 spectroscopically confirmed star-forming galaxies between z=4.4 and z=5.9. It represents the first large [CII] statistical sample built in this redshift range. We present details of the data processing and the construction of the catalogs. We detected 23 of our targets in the continuum. To derive accurate infrared luminosities and obscured star formation rates, we measured the conversion factor from the ALMA 158 $\mu$m rest-frame dust continuum luminosity to the total infrared luminosity (L$_{\rm IR}$) after constraining the dust spectral energy distribution by stacking a photometric sample similar to ALPINE in ancillary single-dish far-infrared data. We found that our continuum detections have a median L$_{\rm IR}$ of 4.4$\times 10^{11}$ L$_\odot$. We also detected 57 additional continuum sources in our ALMA pointings. They are at lower redshift than the ALPINE targets, with a mean photometric redshift of 2.5$\pm$0.2. We measured the 850 $\mu$m number counts between 0.35 and 3.5 mJy, improving the current interferometric constraints in this flux density range. We found a slope break in the number counts around 3 mJy with a shallower slope below this value. More than 40 % of the cosmic infrared background is emitted by sources brighter than 0.35 mJy. Finally, we detected the [CII] line in 75 of our targets. Their median [CII] luminosity is 4.8$\times$10$^8$ L$_\odot$ and their median full width at half maximum is 252 km/s. After measuring the mean obscured SFR in various [CII] luminosity bins by stacking ALPINE continuum data, we find a good agreement between our data and the local and predicted SFR-L$_{\rm [CII]}$ relations of De Looze et al. (2014) and Lagache et al. (2018).

ABSTRACT The morphology of galaxies is shaped by stellar activity, feedback, gas and dust properties, and interactions with surroundings, and can therefore provide insight into these processes. In this paper, we study the spatial offsets between stellar and interstellar medium emission in a sample of 54 main-sequence star-forming galaxies at z ∼ 4–6 observed with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), and drawn from the ALMA Large Program to INvestigate C+ at Early times (ALPINE). We find no significant spatial offset for the majority (∼70 per cent) of galaxies in the sample among any combination of [C ii], far-infrared continuum, optical, and ultraviolet emission. However, a fraction of the sample (∼30 per cent) shows offsets larger than the median by more than 3σ significance (compared to the uncertainty on the offsets), especially between [C ii] and ultraviolet emission. We find that these significant offsets are of the order of ∼0.5–0.7 arcsec, corresponding to ∼3.5–4.5 kiloparsecs. The offsets could be caused by a complex dust geometry, strong feedback from stars and active galactic nuclei, large-scale gas inflow and outflow, or a combination of these phenomena. However, our current analysis does not definitively constrain the origin. Future, higher resolution ALMA and JWST observations may help resolve the ambiguity. Regardless, since there exist at least some galaxies that display such large offsets, galaxy models and spectral energy distribution fitting codes cannot assume co-spatial emission in all main-sequence galaxies, and must take into account that the observed emission across wavelengths may be spatially segregated.

Abstract We report the discovery of a unique quasar-dusty star-forming galaxy (DSFG) system at z = 5.63, consisting of the bright quasar J1133+1603 ( M UV = − 27.42) and its compact, dust-obscured companion, J1133c. ALMA observations reveal a prominent [C II ] bridge connecting the quasar and DSFG, indicating ongoing interaction at a projected separation of 1 . ″ 8 (∼10 proper kpc). J1133c exhibits unusually bright and broad [C II ] emission ( L [C II ] > 10 43 erg s −1 , FWHM > 500 km s −1 ), with a [C II ] luminosity five times that of the quasar, suggesting intense star formation or potential active galactic nucleus activity. The inferred star formation rate from [C II ] is approximately 10 3 M ⊙ yr −1 . The remarkable properties of this pair strongly suggest that galaxy interactions may simultaneously trigger both starburst and quasar activity, driving rapid evolution in the early universe.

Abstract In this paper, we describe the “Medium Bands, Mega Science” JWST Cycle 2 survey (JWST-GO-4111) and demonstrate the power of these data to reveal both the spatially integrated and spatially resolved properties of galaxies from the local Universe to the era of cosmic dawn. Executed in 2023 November, MegaScience obtained ∼30 arcmin 2 of deep multiband NIRCam imaging centered on the z ∼ 0.3 A2744 cluster, including 11 medium-band filters and the two shortest-wavelength broadband filters, F070W and F090W. Together, MegaScience and the UNCOVER Cycle 1 treasury program provide a complete set of deep (∼28–30 mag AB ) images in all NIRCam medium- and broadband filters. This unique data set allows us to precisely constrain photometric redshifts, map stellar populations and dust attenuation for large samples of distant galaxies, and examine the connection between galaxy structures and formation histories. MegaScience also includes ∼17 arcmin 2 of NIRISS parallel imaging in two broadband and four medium-band filters from 0.9 to 4.8 μ m, expanding the footprint where robust spectral energy distribution (SED) fitting is possible. We provide example SEDs and multiband cutouts at a variety of redshifts, and use a catalog of JWST spectroscopic redshifts to show that MegaScience improves both the scatter and catastrophic outlier rate of photometric redshifts by factors of 2–3. Additionally, we demonstrate the spatially resolved science enabled by MegaScience by presenting maps of the [O iii ] line emission and continuum emission in three spectroscopically confirmed z > 6 galaxies. We show that line emission in reionization-era galaxies can be clumpy, extended, and spatially offset from continuum emission, implying that galaxy assembly histories are complex even at these early epochs. We publicly release fully reduced mosaics and photometric catalogs for both the NIRCam primary and NIRISS parallel fields ( jwst-uncover.github.io/megascience ).

Abstract The advent of the JWST has revolutionised our understanding of high-redshift galaxies. In particular, the NIRCam instrument on-board JWST has revealed a population of red galaxies that had largely evaded detection with HST, potentially due to significant dust obscuration, quiescence, or extreme redshift. Here, we present the first NIRSpec spectra of 23 red, HST faint or dark galaxies galaxies (H-F444W > 1.75), unveiling their nature and physical properties. This sample includes both dusty and quiescent galaxies with spectroscopic data from NIRSpec/PRISM, providing accurate spectroscopic redshifts with $\mathrm{\overline{z}_{spec} = 4.1 \pm 0.7}$. The spectral features demonstrate that, while the majority of red galaxies are dusty, a substantial fraction, $\mathrm{13^{+9}_{-6} \%}$, are quiescent. For the dusty galaxies, we have quantified the dust attenuation using the Balmer decrement (Hα/Hβ), finding attenuations AV > 2 mag. We find that red dusty galaxies are Hαemitters with equivalent widths spanning the range 68Å <EWHα < 550Å, indicative of a wide range of recent star-formation activity. Whether dusty or quiescent, we find that red galaxies are predominantly massive, with 85 % of the galaxies in the sample having masses $\mathrm{log(M_{*}/{\rm M}_{\odot }) > 9.8}$. This pilot NIRSpec program reveals the diverse nature of HST-dark galaxies and highlights the effectiveness of NIRSpec/PRISM spectroscopic follow-up in distinguishing between dusty and quiescent galaxies and properly quantifying their physical properties. Upcoming research utilising higher-resolution NIRSpec data and combining JWST with ALMA observations will enhance our understanding of these enigmatic and challenging sources.

We present the first results of the spatial distribution of star formation in 454 star-forming galaxies just after the epoch of reionisation ($4.8<z<6.5$) using emission-line maps and F444W imaging that traces the stellar continuum from the JWST FRESCO NIRCam Slitless Spectroscopy Survey. The ha equivalent width profiles of star-forming galaxies across the main sequence at $z with stellar masses $6.8 $/M$_ odot $)$<11.1$ increase with radius, which provides direct evidence for the inside-out growth of star-forming galaxies just after the epoch of reionisation. GALFIT was used to calculate half-light radii, $R_ eff $, and central surface densities within 1 kiloparsec, $ kpc $ of and the continuum. At a fixed stellar mass of M odot kpc, H upalpha $ is $ $ times higher than $ kpc, C $R_ eff, H upalpha $ is $ $ times larger than $R_ eff, C $ and both $R_ eff $ measurements are smaller than 1 kiloparsec. These measurements suggest the rapid build-up of compact bulges via star formation just after the epoch of reionisation. By comparison to analogous work done at lower redshifts with Hubble Space Telescope WFC3 slitless spectroscopy as part of the 3D-HST ($z and CLEAR ($z surveys, we find that eff (z)$ evolves at the same pace for ha and the continuum, but kpc (z)$ evolves faster for ha than the stellar continuum. As a function of the Hubble parameter, $ R_ eff, H upalpha R_ eff, C 1.1h(z) $ and $ kpc,H upalpha kpc,C =h(z)^ $. These parametrisations suggest that the inside-out growth of the disk starts to dominate the inside-out growth of the bulge towards lower redshifts. This is supported by the redshift evolution in the EW( ha ) profiles from FRESCO, 3D-HST, and CLEAR at fixed stellar mass and when star-forming progenitors are traced, in which in EW( ha ) rapidly increases with radius within the half-light radius at $z but ha ) increases only significantly with radius in the outer disk at $z sim0.5$.

Abstract The current paradigm for the co-evolution of galaxies and their supermassive black holes postulates that dust-obscured active galactic nuclei (AGNs) represent a transitional phase towards a more luminous and unobscured state. However, our understanding of dusty AGNs and their host galaxies at early cosmic times is inadequate due to observational limitations. Here, we present JWST observations of CID-931, an X-ray-detected AGN at a spectroscopic redshift of $z_{\rm spec}=4.91$. Multiband NIRCam imaging from the COSMOS-Web program reveals an unresolved red core, similar to JWST-discovered dusty AGNs. Strikingly, the red core is surrounded by at least eight massive star-forming clumps spread over ${1{^{\prime \prime}_{.}}6} \approx 10\,\,{\rm kpc}$, each of which has a stellar mass of $10^9$–$10^{10}\, M_{\odot }$ and a radius of $\sim$0.1–1 kpc. The whole system amounts to $10^{11}\, M_{\odot }$ in stellar mass, higher than typical star-forming galaxies at the same epoch. In this system, gas inflows and/or complex merger events may trigger clump formation and AGN activity, thus leading to the rapid formation of a massive galaxy hosting a supermassive black hole. Future follow-up observations will provide new insights into the evolution of the galaxy–black hole relationship during such transitional phases in the early universe.

Context. In recent years, conflicting results have provided an uncertain view of the dust-attenuated star-forming properties of z ≳ 4 galaxies. Aims. To solve this, we need to accurately measure the mean dust-attenuated properties of star-forming galaxies (SFGs) at 4 < z < 5 and therefore constrain the cosmic dust-attenuated star formation rate density (SFRD) of the Universe 1.3 Giga-years after the Big Bang. Methods. We used the deepest optical-to-near-infrared data publicly available in the Cosmic Evolution Survey (COSMOS) field to build a mass-complete (> 10 9.5 M ⊙ ) sample of SFGs at 4 < z < 5. Then, we measured their mean dust-attenuated properties (i.e., infrared luminosity, ⟨ L IR ⟩; dust-attenuated star formation rate, ⟨SFR IR ⟩) by dividing our sample in three stellar mass ( M * ) bins (i.e., 10 9.5 < M * / M ⊙ < 10 10 , 10 10 < M * / M ⊙ < 10 10.5 , and 10 10.5 < M * / M ⊙ < 10 11.5 ) and by stacking in the u v domain all archival Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) band 6 and 7 observations available for these galaxies. Then, we combined this information with their mean rest-frame ultraviolet (UV) emission measured from the COSMOS2020 catalog (i.e., UV luminosity, ⟨ L UV ⟩; UV spectral slope, ⟨ β UV ⟩; and unattenuated SFR, ⟨SFR UV ⟩), and constrained the IRX (≡ L IR / L UV )– β UV , IRX– M * , and SFR– M * relations at z ∼ 4.5. Finally, using these relations and the stellar mass function of SFGs at z ∼ 4.5, we inferred the unattenuated and dust-attenuated SFRD at this epoch. Results. SFGs follow an IRX– β UV relation that is consistent with that observed in local starbursts. Our measurements favors a steepening of the IRX– M * relation at z ∼ 4.5, compared to the redshift-independent IRX– M * relation observed at z ∼ 1 − 3. Our galaxies lie on a linear SFR– M * relation, whose normalization varies by 0.3 dex, when we exclude or include from our stacks the ALMA primary targets (i.e., sources within 3″ from the ALMA phase center). The cosmic SFRD( > M * ) converges at M * ≲ 10 9 M ⊙ , with SFGs at 10 8 < M * / M ⊙ < 10 9 contributing already less than 15% of the SFRD from all SFGs with M * > 10 8 M ⊙ . The cosmic SFRD at z ∼ 4.5 is dominated by SFGs with a stellar mass of 10 9.5 − 10.5 M ⊙ . Finally, the fraction of the cosmic SFRD that is attenuated by dust, SFRD IR (> M * )/SFRD(> M * ), is 90 ± 4% for M * = 10 10 M ⊙ , 68 ± 10% for M * = 10 8.9 M ⊙ (i.e., 0.03 × M ⋆ ; M ⋆ being the characteristic stellar mass of SFGs at this epoch) and this value converges to 60 ± 10% for M * = 10 8 M ⊙ . Conclusions. A non-evolving IRX– β UV relation suggests that the grain properties (e.g., size distribution, composition) of dust in SFGs at z ∼ 4.5 are similar to those in local starbursts. However, the mass and geometry of this dust result in lower attenuation in low-mass SFGs (≲10 10 M ⊙ ) at z ∼ 4.5 than at z ≲ 3. Nevertheless, the fraction of the cosmic SFRD that is attenuated by dust remains significant (∼68 ± 10%) even at such an early cosmic epoch.