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.

We present the Spectroscopic Imaging survey in the near-infrared (near-IR) with SINFONI (SINS) of high-redshift galaxies. With 80 objects observed and 63 detected in at least one rest-frame optical nebular emission line, mainly Hα, SINS represents the largest survey of spatially resolved gas kinematics, morphologies, and physical properties of star-forming galaxies at z ∼ 1–3. We describe the selection of the targets, the observations, and the data reduction. We then focus on the "SINS Hα sample," consisting of 62 rest-UV/optically selected sources at 1.3 < z < 2.6 for which we targeted primarily the Hα and [N ii] emission lines. Only ≈30% of this sample had previous near-IR spectroscopic observations. The galaxies were drawn from various imaging surveys with different photometric criteria; as a whole, the SINS Hα sample covers a reasonable representation of massive M⋆ ≳ 1010 M☉star-forming galaxies at z ≈ 1.5–2.5, with some bias toward bluer systems compared to pure K-selected samples due to the requirement of secure optical redshift. The sample spans 2 orders of magnitude in stellar mass and in absolute and specific star formation rates, with median values ≈3 × 1010 M☉, ≈70 M☉ yr−1, and ≈3 Gyr−1. The ionized gas distribution and kinematics are spatially resolved on scales ranging from ≈1.5 kpc for adaptive optics assisted observations to typically ≈4–5 kpc for seeing-limited data. The Hα morphologies tend to be irregular and/or clumpy. About one-third of the SINS Hα sample galaxies are rotation-dominated yet turbulent disks, another one-third comprises compact and velocity dispersion-dominated objects, and the remaining galaxies are clear interacting/merging systems; the fraction of rotation-dominated systems increases among the more massive part of the sample. The Hα luminosities and equivalent widths suggest on average roughly twice higher dust attenuation toward the H ii regions relative to the bulk of the stars, and comparable current and past-averaged star formation rates.

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.

A large-scale hydrodynamical cosmological simulation, Horizon-AGN, is used to investigate the alignment between the spin of galaxies and the cosmic filaments above redshift 1.2. The analysis of more than 150 000 galaxies per time step in the redshift range 1.2 < z < 1.8 with morphological diversity shows that the spin of low-mass blue galaxies is preferentially aligned with their neighbouring filaments, while high-mass red galaxies tend to have a perpendicular spin. The reorientation of the spin of massive galaxies is provided by galaxy mergers, which are significant in their mass build-up. We find that the stellar mass transition from alignment to misalignment happens around 3 × 1010舁M⊙. Galaxies form in the vorticity-rich neighbourhood of filaments, and migrate towards the nodes of the cosmic web as they convert their orbital angular momentum into spin. The signature of this process can be traced to the properties of galaxies, as measured relative to the cosmic web. We argue that a strong source of feedback such as active galactic nuclei is mandatory to quench in situ star formation in massive galaxies and promote various morphologies. It allows mergers to play their key role by reducing post-merger gas inflows and, therefore, keeping spins misaligned with cosmic filaments.

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 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.