Understanding the physical processes that regulate star formation and galaxy evolution are major areas of activity in modern astrophysics. Nearby galaxies offer unique opportunities to inspect interstellar medium (ISM), star formation (SF), radiative, dynamic and magnetic physics in great detail from sub-galactic (kpc) scales to sub-cloud (sub-pc) scales, from quiescent galaxies to starbursts, and from field galaxies to overdensities. In this case study, we discuss the major breakthroughs in this area of research that will be enabled by the Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST), a proposed 50-m single-dish submillimeter telescope. The new discovery space of AtLAST comes from its exceptional sensitivity, in particular to extended low surface brightness emission, a very large 2 degree field of view, and correspondingly high mapping efficiency. This paper focuses on four themes which will particularly benefit from AtLAST: 1) the LMC and SMC, 2) extragalactic magnetic fields, 3) the physics and chemistry of the interstellar medium, and 4) star formation and galaxy evolution. With ~1000-2000h surveys each, AtLAST could deliver deep dust continuum maps of the entire LMC and SMC fields at parsec-scale resolution, high-resolution maps of the magnetic field structure, gas density, temperature and composition of the dense and diffuse ISM in ~100 nearby galaxies, as well as the first large-scale blind CO survey in the nearby Universe, delivering molecular gas masses for up to 10^6 galaxies (3 orders of magnitude more than current samples). Through such observing campaigns, AtLAST will have a profound impact on our understanding of the baryon cycle and star formation across a wide range of environments.

High-redshift radio(-loud) galaxies (H$z$RGs) are massive galaxies with powerful radio-loud active galactic nuclei (AGNs) and serve as beacons for protocluster identification. However, the interplay between H$z$RGs and the large-scale environment remains unclear. To understand the connection between H$z$RGs and the surrounding obscured star formation, we investigated the overdensity and spatial distribution of submillimeter-bright galaxies (SMGs) in the field of 4C\,23.56, a well-known H$z$RG at $z=2.48$. We used SCUBA-2 data ($ sim \,0.6$\,mJy) to estimate the m m $ sources in the vicinity of the H$z$RG. The angular distribution of SMGs is inhomogeneous around the H$z$RG 4C\,23.56, with fewer sources oriented along the radio jet. We also find a significant overdensity of bright SMGs S m Faint and bright SMGs exhibit different spatial distributions. The former are concentrated in the core region, while the latter prefer the outskirts of the H$z$RG field. High-resolution observations show that the seven brightest SMGs in our sample are intrinsically bright, suggesting that the overdensity of bright SMGs is less likely due to the source multiplicity.

The gas in the interstellar medium (ISM) of galaxies is supersonically turbulent. Measurements of turbulence typically rely on cold gas emission lines for low-$z$ galaxies and warm ionized gas observations for $z > 0$ galaxies. Studies of warm gas kinematics at $z > 0$ conclude that the turbulence strongly evolves as a function of redshift, due to the increasing impact of gas accretion and mergers in the early Universe. However, recent findings suggest potential biases in turbulence measurements derived from ionized gas at high-$z$, impacting our understanding of turbulence origin, ISM physics and disk formation. We investigate the evolution of turbulence using velocity dispersion (sigma ) measurements from cold gas tracers (i.e., CO CI CII ). The initial dataset comprises 17 galaxy disks with high data quality from the ALPAKA sample, supplemented with galaxies from the literature, resulting in a sample of 57 galaxy disks spanning the redshift range $z = 0 - 5$. This extended sample consists of main-sequence and starburst galaxies with stellar masses $ M_ odot $. The comparison with current Halpha kinematic observations and existing models demonstrates that the velocity dispersion inferred from cold gas tracers differ by a factor of $ 3$ from those obtained using emission lines tracing the warm, ionized gas. We show that stellar feedback is the main driver of turbulence measured from cold gas tracers and the physics of turbulence driving does not appear to evolve with time. This is fundamentally different from the conclusions of studies based on warm gas, which had to consider additional turbulence drivers to explain the high values of sigma . We present a model predicting the redshift evolution of turbulence in galaxy disks, attributing the increase of sigma with redshift to the higher energy injected by supernovae due to the elevated star-formation rate in high-$z$ galaxies. This supernova-driven model suggests that turbulence is lower in galaxies with lower stellar mass compared to those with higher stellar mass. Additionally, it forecasts the evolution of sigma in Milky-Way like progenitors.

Abstract Science, Technology, Engineering, and Mathematics classes are mainly taught using visual supports. However, the advancement of technology and the increasing efforts to equip schools with digital instrumentation have opened up the possibility of exploring new teaching avenues, such as sonification. We explored the efficacy of sonification in education using a novel interactive tool, Edukoi, in the context of astronomy, which is predominantly disseminated through spectacular images, animations, and visuals. Edukoi is a motion-sensing sonification tool that converts images to sound in real-time for educational applications. Our study, conducted with nearly 150 middle-school students, included a preliminary questionnaire investigating the perception, engagement, and motivation of students towards science; two sessions dedicated to testing Edukoi and assessing the potentiality of the software for the recognition of the colour and the shape of real and sketchy images; and a final second administration of the questionnaire to capture a possible beneficial effect of the use of the tool in the engagement towards science. Results showed the effectiveness of Edukoi in colour recognition and reasonable efficacy in shape identification. Although the questionnaire did not reveal an increment in science engagement over the time of the study, oral feedback from the students was positive. Edukoi presents a possible alternative teaching aid, potentially benefiting diverse learners, including the visually impaired. Further developments of the software are needed to enhance its effectiveness in conveying more complex features such as composite colours or shapes.

Abstract In this paper, we present the results of a blind survey for compact sources in 243 Galaxy clusters that were identified using the thermal Sunyaev–Zel'dovich effect (tSZ). The survey was carried out at 90 GHz using MUSTANG2 on the Green Bank Telescope and achieved a 5 σ detection limit of 1 mJy in the center of each cluster. We detected 24 discrete sources. The majority (18) of these correspond to known radio sources, and of these, five show signs of significant variability, either with time or in spectral index. The remaining sources have no clear counterparts at other wavelengths. Searches for galaxy clusters via the tSZ strongly rely on observations at 90 GHz, and the sources found have the potential to bias mass estimates of clusters. We compare our results to the Websky simulation that can be used to estimate the source contamination in galaxy cluster catalogs. While the simulation shows a good match to our observations at the clusters’ centers, it does not match our source distribution further out. Sources over 104″ from a cluster’s center bias the tSZ signal high, for some of the sources found, by over 50%. When averaged over the whole cluster population, the effect is smaller but still at a level of 1%–2%. We also discovered that unlike previous measurements and simulations, we see an enhancement of source counts in the outer regions of the clusters and fewer sources than expected in the centers of this tSZ-selected sample.