We explore the simple inter-relationships between mass, star formation rate, and environment in the SDSS, zCOSMOS, and other deep surveys. We take a purely empirical approach in identifying those features of galaxy evolution that are demanded by the data and then explore the analytic consequences of these. We show that the differential effects of mass and environment are completely separable to z ∼ 1, leading to the idea of two distinct processes of "mass quenching" and "environment quenching." The effect of environment quenching, at fixed over-density, evidently does not change with epoch to z ∼ 1 in zCOSMOS, suggesting that the environment quenching occurs as large-scale structure develops in the universe, probably through the cessation of star formation in 30%–70% of satellite galaxies. In contrast, mass quenching appears to be a more dynamic process, governed by a quenching rate. We show that the observed constancy of the Schechter M* and αs for star-forming galaxies demands that the quenching of galaxies around and above M* must follow a rate that is statistically proportional to their star formation rates (or closely mimic such a dependence). We then postulate that this simple mass-quenching law in fact holds over a much broader range of stellar mass (2 dex) and cosmic time. We show that the combination of these two quenching processes, plus some additional quenching due to merging naturally produces (1) a quasi-static single Schechter mass function for star-forming galaxies with an exponential cutoff at a value M* that is set uniquely by the constant of proportionality between the star formation and mass quenching rates and (2) a double Schechter function for passive galaxies with two components. The dominant component (at high masses) is produced by mass quenching and has exactly the same M* as the star-forming galaxies but a faint end slope that differs by Δαs ∼ 1. The other component is produced by environment effects and has the same M* and αs as the star-forming galaxies but an amplitude that is strongly dependent on environment. Subsequent merging of quenched galaxies will modify these predictions somewhat in the denser environments, mildly increasing M* and making αs slightly more negative. All of these detailed quantitative inter-relationships between the Schechter parameters of the star-forming and passive galaxies, across a broad range of environments, are indeed seen to high accuracy in the SDSS, lending strong support to our simple empirically based model. We find that the amount of post-quenching "dry merging" that could have occurred is quite constrained. Our model gives a prediction for the mass function of the population of transitory objects that are in the process of being quenched. Our simple empirical laws for the cessation of star formation in galaxies also naturally produce the "anti-hierarchical" run of mean age with mass for passive galaxies, as well as the qualitative variation of formation timescale indicated by the relative α-element abundances.

ABSTRACT We present the COSMOS2015 24 catalog, which contains precise photometric redshifts and stellar masses for more than half a million objects over the 2deg 2 COSMOS field. Including new  images from the UltraVISTA-DR2 survey, Y-band images from Subaru/Hyper-Suprime-Cam, and infrared data from the Spitzer Large Area Survey with the Hyper-Suprime-Cam Spitzer legacy program, this near-infrared-selected catalog is highly optimized for the study of galaxy evolution and environments in the early universe. To maximize catalog completeness for bluer objects and at higher redshifts, objects have been detected on a χ 2 sum of the  and z ++ images. The catalog contains  objects in the 1.5 deg 2 UltraVISTA-DR2 region and  objects are detected in the “ultra-deep stripes” (0.62 deg 2 ) at  (3 σ , 3″, AB magnitude). Through a comparison with the zCOSMOS-bright spectroscopic redshifts, we measure a photometric redshift precision of  = 0.007 and a catastrophic failure fraction of  %. At  , using the unique database of spectroscopic redshifts in COSMOS, we find  = 0.021 and  . The deepest regions reach a 90% completeness limit of  to z = 4. Detailed comparisons of the color distributions, number counts, and clustering show excellent agreement with the literature in the same mass ranges. COSMOS2015 represents a unique, publicly available, valuable resource with which to investigate the evolution of galaxies within their environment back to the earliest stages of the history of the universe. The COSMOS2015 catalog is distributed via anonymous ftp and through the usual astronomical archive systems (CDS, ESO Phase 3, IRSA).

Two main modes of star formation are know to control the growth of galaxies: a relatively steady one in disk-like galaxies, defining a tight star formation rate (SFR)–stellar mass sequence, and a starburst mode in outliers to such a sequence which is generally interpreted as driven by merging. Such starburst galaxies are rare but have much higher SFRs, and it is of interest to establish the relative importance of these two modes. PACS/Herschel observations over the whole COSMOS and GOODS-South fields, in conjunction with previous optical/near-IR data, have allowed us to accurately quantify for the first time the relative contribution of the two modes to the global SFR density in the redshift interval 1.5 < z < 2.5, i.e., at the cosmic peak of the star formation activity. The logarithmic distributions of galaxy SFRs at fixed stellar mass are well described by Gaussians, with starburst galaxies representing only a relatively minor deviation that becomes apparent for SFRs more than four times higher than on the main sequence. Such starburst galaxies represent only 2% of mass-selected star-forming galaxies and account for only 10% of the cosmic SFR density at z ∼ 2. Only when limited to SFR > 1000 M☉ yr−1, off-sequence sources significantly contribute to the SFR density (46% ± 20%). We conclude that merger-driven starbursts play a relatively minor role in the formation of stars in galaxies, whereas they may represent a critical phase toward the quenching of star formation and morphological transformation in galaxies.

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.

The Herschel Multi-tiered Extragalactic Survey (HerMES) is a legacy programme designed to map a set of nested fields totalling ∼380 deg2. Fields range in size from 0.01 to ∼20 deg2, using the Herschel-Spectral and Photometric Imaging Receiver (SPIRE) (at 250, 350 and 500 μm) and the Herschel-Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) (at 100 and 160 μm), with an additional wider component of 270 deg2 with SPIRE alone. These bands cover the peak of the redshifted thermal spectral energy distribution from interstellar dust and thus capture the reprocessed optical and ultraviolet radiation from star formation that has been absorbed by dust, and are critical for forming a complete multiwavelength understanding of galaxy formation and evolution.

We follow the galaxy stellar mass assembly by morphological and spectral type in the COSMOS 2-deg^2 field. We derive the stellar mass functions and stellar mass densities from z=2 to z=0.2 using 196,000 galaxies selected at F(3.6 micron) > 1 microJy with accurate photometric redshifts (sigma_((zp-zs)/(1+zs))=0.008 at i<22.5). Using a spectral classification, we find that z~1 is an epoch of transition in the stellar mass assembly of quiescent galaxies. Their stellar mass density increases by 1.1 dex between z=1.5-2 and z=0.8-1 (Delta t ~2.5 Gyr), but only by 0.3 dex between z=0.8-1 and z~0.1 (Delta t ~ 6 Gyr). Then, we add the morphological information and find that 80-90% of the massive quiescent galaxies (log(M)~11) have an elliptical morphology at z<0.8. Therefore, a dominant mechanism links the shutdown of star formation and the acquisition of an elliptical morphology in massive galaxies. Still, a significant fraction of quiescent galaxies present a Spi/Irr morphology at low mass (40-60% at log(M)~9.5), but this fraction is smaller than predicted by semi-analytical models using a ``halo quenching'' recipe. We also analyze the evolution of star-forming galaxies and split them into ``intermediate activity'' and ``high activity'' galaxies. We find that the most massive ``high activity'' galaxies end their high star formation rate phase first. Finally, the space density of massive star-forming galaxies becomes lower than the space density of massive elliptical galaxies at z<1. As a consequence, the rate of ``wet mergers'' involved in the formation of the most massive ellipticals must decline very rapidly at z<1, which could explain the observed slow down in the assembly of these quiescent and massive sources.

We present accurate photometric redshifts (photo-z) in the 2-deg2 COSMOS field. The redshifts are computed with 30 broad, intermediate, and narrowbands covering the UV (Galaxy Evolution Explorer), visible near-IR (NIR; Subaru, Canada–France–Hawaii Telescope (CFHT), United Kingdom Infrared Telescope, and National Optical Astronomy Observatory), and mid-IR (Spitzer/IRAC). A χ2 template-fitting method (Le Phare) was used and calibrated with large spectroscopic samples from the Very Large Telescope Visible Multi-Object Spectrograph and the Keck Deep Extragalactic Imaging Multi-Object Spectrograph. We develop and implement a new method which accounts for the contributions from emission lines ([O ii], Hβ, Hα, and Lyα) to the spectral energy distributions (SEDs). The treatment of emission lines improves the photo-z accuracy by a factor of 2.5. Comparison of the derived photo-z with 4148 spectroscopic redshifts (i.e., Δz = zs − zp) indicates a dispersion of at i+AB < 22.5, a factor of 2–6 times more accurate than earlier photo-z in the COSMOS, CFHT Legacy Survey, and the Classifying Object by Medium-Band Observations-17 survey fields. At fainter magnitudes i+AB < 24 and z < 1.25, the accuracy is . The deep NIR and Infrared Array Camera coverage enables the photo-z to be extended to z ∼ 2, albeit with a lower accuracy ( at i+AB ∼ 24). The redshift distribution of large magnitude-selected samples is derived and the median redshift is found to range from zm = 0.66 at 22 < i+AB < 22.5 to zm = 1.06 at 24.5 < i+AB < 25. At i+AB < 26.0, the multiwavelength COSMOS catalog includes approximately 607,617 objects. The COSMOS-30 photo-z enables the full exploitation of this survey for studies of galaxy and large-scale structure evolution at high redshift.

We explore the redshift evolution of the specific star formation rate (SSFR) for galaxies of different stellar mass by drawing on a deep 3.6 μm selected sample of >105 galaxies in the 2 deg2 COSMOS field. The average star formation rate (SFR) for subsets of these galaxies is estimated with stacked 1.4 GHz radio continuum emission. We separately consider the total sample and a subset of galaxies that shows evidence for substantive recent star formation in the rest-frame optical spectral energy distributions. At redshifts 0.2 < z < 3 both populations show a strong and mass-independent decrease in their SSFR toward the present epoch. It is best described by a power law (1 + z)n, where n ∼ 4.3 for all galaxies and n ∼ 3.5 for star-forming (SF) sources. The decrease appears to have started at z>2, at least for high-mass (M* ≳ 4 × 1010 M☉) systems where our conclusions are most robust. Our data show that there is a tight correlation with power-law dependence, SSFR ∝ M*β, between SSFR and stellar mass at all epochs. The relation tends to flatten below M* ≈ 1010 M☉ if quiescent galaxies are included; if they are excluded from the analysis a shallow index βSFG ≈ −0.4 fits the correlation. On average, higher mass objects always have lower SSFRs, also among SF galaxies. At z>1.5 there is tentative evidence for an upper threshold in SSFR that an average galaxy cannot exceed, possibly due to gravitationally limited molecular gas accretion. It is suggested by a flattening of the SSFR–M* relation (also for SF sources), but affects massive (>1010 M☉) galaxies only at the highest redshifts. Since z = 1.5 there thus is no direct evidence that galaxies of higher mass experience a more rapid waning of their SSFR than lower mass SF systems. In this sense, the data rule out any strong "downsizing" in the SSFR. We combine our results with recent measurements of the galaxy (stellar) mass function in order to determine the characteristic mass of an SF galaxy: we find that since z ∼ 3 the majority of all new stars were always formed in galaxies of M* = 1010.6±0.4 M☉. In this sense, too, there is no "downsizing." Finally, our analysis constitutes the most extensive SFR density determination with a single technique out to z = 3. Recent Herschel results are consistent with our results, but rely on far smaller samples.

We present spectroscopic redshifts of a large sample of galaxies with IAB < 22.5 in the COSMOS field, measured from spectra of 10,644 objects that have been obtained in the first two years of observations in the zCOSMOS-bright redshift survey. These include a statistically complete subset of 10,109 objects. The average accuracy of individual redshifts is 110 km s−1, independent of redshift. The reliability of individual redshifts is described by a Confidence Class that has been empirically calibrated through repeat spectroscopic observations of over 600 galaxies. There is very good agreement between spectroscopic and photometric redshifts for the most secure Confidence Classes. For the less secure Confidence Classes, there is a good correspondence between the fraction of objects with a consistent photometric redshift and the spectroscopic repeatability, suggesting that the photometric redshifts can be used to indicate which of the less secure spectroscopic redshifts are likely right and which are probably wrong, and to give an indication of the nature of objects for which we failed to determine a redshift. Using this approach, we can construct a spectroscopic sample that is 99% reliable and which is 88% complete in the sample as a whole, and 95% complete in the redshift range 0.5 < z < 0.8. The luminosity and mass completeness levels of the zCOSMOS-bright sample of galaxies is also discussed.

Spitzer IRAC selection is a powerful tool for identifying luminous AGN. For deep IRAC data, however, the AGN selection wedges currently in use are heavily contaminated by star-forming galaxies, especially at high redshift. Using the large samples of luminous AGN and high-redshift star-forming galaxies in COSMOS, we redefine the AGN selection criteria for use in deep IRAC surveys. The new IRAC criteria are designed to be both highly complete and reliable, and incorporate the best aspects of the current AGN selection wedges and of infrared power-law selection while excluding high redshift star-forming galaxies selected via the BzK, DRG, LBG, and SMG criteria. At QSO-luminosities of log L(2-10 keV) (ergs/s) > 44, the new IRAC criteria recover 75% of the hard X-ray and IRAC-detected XMM-COSMOS sample, yet only 38% of the IRAC AGN candidates have X-ray counterparts, a fraction that rises to 52% in regions with Chandra exposures of 50-160 ks. X-ray stacking of the individually X-ray non-detected AGN candidates leads to a hard X-ray signal indicative of heavily obscured to mildly Compton-thick obscuration (log N_H (cm^-2) = 23.5 +/- 0.4). While IRAC selection recovers a substantial fraction of luminous unobscured and obscured AGN, it is incomplete to low-luminosity and host-dominated AGN.