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.

We present imaging data and photometry for the COSMOS survey in 15 photometric bands between 0.3um and 2.4um. These include data taken on the Subaru 8.3m telescope, the KPNO and CTIO 4m telescopes, and the CFHT 3.6m telescope. Special techniques are used to ensure that the relative photometric calibration is better than 1% across the field of view. The absolute photometric accuracy from standard star measurements is found to be 6%. The absolute calibration is corrected using galaxy spectra, providing colors accurate to 2% or better. Stellar and galaxy colors and counts agree well with the expected values. Finally, as the first step in the scientific analysis of these data we construct panchromatic number counts which confirm that both the geometry of the universe and the galaxy population are evolving.

We present the largest and most homogeneous catalog of H ii regions and associations compiled so far. The catalog comprises more than 7000 ionized regions, extracted from 306 galaxies observed by the CALIFA survey. We describe the procedures used to detect, select, and analyze the spectroscopic properties of these ionized regions. In the current study we focus on characterizing of the radial gradient of the oxygen abundance in the ionized gas, based on the study of the deprojecteddistribution of H ii regions. We found that all galaxies without clear evidence of an interaction present a common gradient in the oxygen abundance, with a characteristic slope of αO/H = −0.1 dex/re between 0.3 and 2 disk effective radii (re), and a scatter compatible with random fluctuations around this value, when the gradient is normalized to the disk effective radius. The slope is independent of morphology, the incidence of bars, absolute magnitude, or mass. Only those galaxies with evidence of interactions and/or clear merging systems present a significantly shallower gradient, consistent with previous results. The majority of the 94 galaxies with H ii regions detected beyond two disk effective radii present a flattening in the oxygen abundance. The flattening is statistically significant. We cannot provide a conclusive answer regarding the origin of this flattening. However, our results indicate that its origin is most probably related to the secular evolution of galaxies. Finally, we find a drop/truncation of the oxygen abundance in the inner regions for 26 of the galaxies. All of them are non-interacting, mostly unbarred Sb/Sbc galaxies. This feature is associated with a central star-forming ring, which suggests that both features are produced by radial gas flows induced by resonance processes. Our result suggests that galaxy disks grow inside-out, with metal enrichment driven by the local star formation history and with a small variation galaxy-by-galaxy. At a certain galactocentric distance, the oxygen abundance seems to be correlated well with the stellar mass density and total stellar mass of the galaxies, independently of other properties of the galaxies. Other processes, such as radial mixing and inflows/outflows seem to have a limited effect on shaping of the radial distribution of oxygen abundances, although they are not ruled out.

The COSMOS-Legacy survey is a 4.6 Ms Chandra program that has imaged 2.2 deg$^2$ of the COSMOS field with an effective exposure of $\simeq$160 ks over the central 1.5 deg$^2$ and of $\simeq$80 ks in the remaining area. The survey is the combination of 56 new observations, obtained as an X-ray Visionary Project, with the previous C-COSMOS survey. We describe the reduction and analysis of the new observations and the properties of 2273 point sources detected above a spurious probability of 2$\times 10^{-5}$. We also present the updated properties of the C-COSMOS sources detected in the new data. The whole survey includes 4016 point sources (3814, 2920 and 2440 in the full, soft and hard band). The limiting depths are 2.2 $\times$ 10$^{-16}$, 1.5 $\times$ 10$^{-15}$ and 8.9$\times$ 10$^{-16}$ ${\rm erg~cm}^{-2}~{\rm s}^{-1}$ in the 0.5-2, 2-10 and 0.5-10 keV bands, respectively. The observed fraction of obscured AGN with column density $> 10^{22}$ cm$^{-2}$ from the hardness ratio (HR) is $\sim$50$^{+17}_{-16}$%. Given the large sample, we compute source number counts in the hard and soft bands, significantly reducing the uncertainties of 5-10%. For the first time, we compute number counts for obscured (HR$>$-0.2) and unobscured (HR$<$-0.2) sources and find significant differences between the two populations in the soft band. Due to the un-precedent large exposure, COSMOS-Legacy area is 3 times larger than surveys at similar depth and its depth is 3 times fainter than surveys covering similar area. The area-flux region occupied by COSMOS-Legacy is likely to remain unsurpassed for years to come.

We have used data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 5 to explore the overall structure and substructure of the stellar halo of the Milky Way using ~4 million color-selected main-sequence turnoff stars with 0.2 < g − r < 0.4 and 18.5 ⩽ r < 22.5. We fit oblate and triaxial broken power law models to the data, and found a "best-fit" oblateness of the stellar halo 0.5 < c/a < 0.8, and halo stellar masses between galactocentric radii of 1 and 40 kpc of 3.7 ± 1.2 × 108 M☉. The density profile of the stellar halo is approximately ρ ∝ r−α, where –2 > α > − 4. Yet, we found that all smooth and symmetric models were very poor fits to the distribution of stellar halo stars because the data exhibit a great deal of spatial substructure. We quantified deviations from a smooth oblate/triaxial model using the rms of the data around the model profile on scales ≳100 pc, after accounting for the (known) contribution of Poisson uncertainties. Within the DR5 area of the SDSS, the fractional rms deviation σ/total of the actual stellar distribution from any smooth, parameterized halo model is ≳40%: hence, the stellar halo is highly structured. We compared the observations with simulations of galactic stellar halos formed entirely from the accretion of satellites in a cosmological context by analyzing the simulations in the same way as the SDSS data. While the masses, overall profiles, and degree of substructure in the simulated stellar halos show considerable scatter, the properties and degree of substructure in the Milky Way's halo match well the properties of a "typical" stellar halo built exclusively out of the debris from disrupted satellite galaxies. Our results therefore point toward a picture in which an important fraction of the stellar halo of the Milky Way has been accreted from satellite galaxies.

What is the relevance of major mergers and interactions as triggering mechanisms for active galactic nuclei (AGNs) activity? To answer this long-standing question, we analyze 140 XMM-Newton-selected AGN host galaxies and a matched control sample of 1264 inactive galaxies over z ∼ 0.3–1.0 and M* < 1011.7 M☉ with high-resolution Hubble Space Telescope/Advanced Camera for Surveys imaging from the COSMOS field. The visual analysis of their morphologies by 10 independent human classifiers yields a measure of the fraction of distorted morphologies in the AGN and control samples, i.e., quantifying the signature of recent mergers which might potentially be responsible for fueling/triggering the AGN. We find that (1) the vast majority (>85%) of the AGN host galaxies do not show strong distortions and (2) there is no significant difference in the distortion fractions between active and inactive galaxies. Our findings provide the best direct evidence that, since z ∼ 1, the bulk of black hole (BH) accretion has not been triggered by major galaxy mergers, therefore arguing that the alternative mechanisms, i.e., internal secular processes and minor interactions, are the leading triggers for the episodes of major BH growth. We also exclude an alternative interpretation of our results: a substantial time lag between merging and the observability of the AGN phase could wash out the most significant merging signatures, explaining the lack of enhancement of strong distortions on the AGN hosts. We show that this alternative scenario is unlikely due to (1) recent major mergers being ruled out for the majority of sources due to the high fraction of disk-hosted AGNs, (2) the lack of a significant X-ray signal in merging inactive galaxies as a signature of a potential buried AGN, and (3) the low levels of soft X-ray obscuration for AGNs hosted by interacting galaxies, in contrast to model predictions.

We present photometric redshifts and spectral energy distribution (SED) classifications for a sample of 1542 optically identified sources detected with XMM in the COSMOS field. Our template fitting classifies 46 sources as stars and 464 as nonactive galaxies, while the remaining 1032 require templates with an active galactic nucleus (AGN) contribution. High accuracy in the derived photometric redshifts was accomplished as the result of (1) photometry in up to 30 bands with high-significance detections, (2) a new set of SED templates, including 18 hybrids covering the far-UV to mid-infrared, which have been constructed by the combination of AGNs and nonactive galaxies templates, and (3) multiepoch observations that have been used to correct for variability (most important for type 1 AGNs). The reliability of the photometric redshifts is evaluated using the subsample of 442 sources with measured spectroscopic redshifts. We achieved an accuracy of for i*AB < 22.5 ( for i*AB < 24.5). The high accuracies were accomplished for both type 2 (where the SED is often dominated by the host galaxy) and type 1 AGNs and QSOs out to z = 4.5. The number of outliers is a large improvement over previous photometric redshift estimates for X-ray-selected sources (4.0% and 4.8% outliers for i*AB < 22.5 and i*AB < 24.5, respectively). We show that the intermediate band photometry is vital to achieving accurate photometric redshifts for AGNs, whereas the broad SED coverage provided by mid-infrared (Spitzer/IRAC) bands is important to reduce the number of outliers for normal galaxies.

We show that the MBH–Mbulge scaling relations observed from the local to the high-z universe can be largely or even entirely explained by a non-causal origin, i.e., they do not imply the need for any physically coupled growth of black hole (BH) and bulge mass, for example, through feedback by active galactic nuclei (AGNs). Provided some physics for the absolute normalization, the creation of the scaling relations can be fully explained by the hierarchical assembly of BH and stellar mass through galaxy merging, from an initially uncorrelated distribution of BH and stellar masses in the early universe. We show this with a suite of dark matter halo merger trees for which we make assumptions about (uncorrelated) BH and stellar mass values at early cosmic times. We then follow the halos in the presence of global star formation and BH accretion recipes that (1) work without any coupling of the two properties per individual galaxy and (2) correctly reproduce the observed star formation and BH accretion rate density in the universe. With disk-to-bulge conversion in mergers included, our simulations even create the observed slope of ∼1.1 for the MBH–Mbulge relation at z = 0. This also implies that AGN feedback is not a required (though still a possible) ingredient in galaxy evolution. In light of this, other mechanisms that can be invoked to truncate star formation in massive galaxies are equally justified.

We report on the measurement of the physical properties (rest-frame K-band luminosity and total stellar mass) of the hosts of 89 broad-line (type-1) active galactic nuclei (AGNs) detected in the zCOSMOS survey in the redshift range 1 < z < 2.2. The unprecedented multi-wavelength coverage of the survey field allows us to disentangle the emission of the host galaxy from that of the nuclear black hole in their spectral energy distributions (SEDs). We derive an estimate of black hole masses through the analysis of the broad Mg ii emission lines observed in the medium-resolution spectra taken with VIMOS/VLT as part of the zCOSMOS project. We found that, as compared to the local value, the average black hole to host-galaxy mass ratio appears to evolve positively with redshift, with a best-fit evolution of the form , where the large asymmetric systematic errors stem from the uncertainties in the choice of initial mass function, in the calibration of the virial relation used to estimate BH masses and in the mean QSO SED adopted. On the other hand, if we consider the observed rest-frame K-band luminosity, objects tend to be brighter, for a given black hole mass, than those on the local MBH–MK relation. This fact, together with more indirect evidence from the SED fitting itself, suggests that the AGN hosts are likely actively star-forming galaxies. A thorough analysis of observational biases induced by intrinsic scatter in the scaling relations reinforces the conclusion that an evolution of the MBH–M* relation must ensue for actively growing black holes at early times: either its overall normalization, or its intrinsic scatter (or both) appear to increase with redshift. This can be interpreted as signature of either a more rapid growth of supermassive black holes at high redshift, a change of structural properties of AGN hosts at earlier times, or a significant mismatch between the typical growth times of nuclear black holes and host galaxies. In any case, our results provide important clues on the nature of the early co-evolution of black holes and galaxies and challenging tests for models of AGN feedback and self-regulated growth of structures.

We report the final optical identifications of the medium-depth (∼60 ks), contiguous (2 deg2) XMM-Newton survey of the COSMOS field. XMM-Newton has detected ∼1800 X-ray sources down to limiting fluxes of ∼5 × 10−16, ∼3 × 10−15, and ∼7 × 10−15 erg cm−2 s−1 in the 0.5–2 keV, 2–10 keV, and 5–10 keV bands, respectively (∼1 × 10−15, ∼6 × 10−15, and ∼1 × 10−14 erg cm−2 s−1, in the three bands, respectively, over 50% of the area). The work is complemented by an extensive collection of multiwavelength data from 24 μm to UV, available from the COSMOS survey, for each of the X-ray sources, including spectroscopic redshifts for ≳50% of the sample, and high-quality photometric redshifts for the rest. The XMM and multiwavelength flux limits are well matched: 1760 (98%) of the X-ray sources have optical counterparts, 1711 (∼95%) have IRAC counterparts, and 1394 (∼78%) have MIPS 24 μm detections. Thanks to the redshift completeness (almost 100%) we were able to constrain the high-luminosity tail of the X-ray luminosity function confirming that the peak of the number density of log LX > 44.5 active galactic nuclei (AGNs) is at z ∼ 2. Spectroscopically identified obscured and unobscured AGNs, as well as normal and star-forming galaxies, present well-defined optical and infrared properties. We devised a robust method to identify a sample of ∼150 high-redshift (z > 1), obscured AGN candidates for which optical spectroscopy is not available. We were able to determine that the fraction of the obscured AGN population at the highest (LX > 1044 erg s−1) X-ray luminosity is ∼15%–30% when selection effects are taken into account, providing an important observational constraint for X-ray background synthesis. We studied in detail the optical spectrum and the overall spectral energy distribution of a prototypical Type 2 QSO, caught in a stage transitioning from being starburst dominated to AGN dominated, which was possible to isolate only thanks to the combination of X-ray and infrared observations.