Abstract We present observations and analysis of the starburst PACS-819 at z = 1.45 ( M * = 10 10.7 M ⊙ ), using high-resolution (0.″1; 0.8 kpc) Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) and multiwavelength JWST images from the COSMOS-Web program. Dissimilar to Hubble Space Telescope (HST) ACS images in the rest-frame UV, the redder NIRCam and MIRI images reveal a smooth central mass concentration and spiral-like features, atypical for such an intense starburst. Through dynamical modeling of the CO ( J = 5–4) emission with ALMA, PACS-819 is rotation dominated and thus consistent with having a disk-like nature. However, kinematic anomalies in CO and asymmetric features in the bluer JWST bands (e.g., F150W) support a more disturbed nature likely due to interactions. The JWST imaging further enables us to map the distribution of stellar mass and dust attenuation, thus clarifying the relationships between different structural components not discernible in the previous HST images. The CO ( J = 5–4) and far-infrared dust continuum emission are cospatial with a heavily obscured starbursting core (<1 kpc) that is partially surrounded by much less obscured star-forming structures including a prominent arc, possibly a tidally distorted dwarf galaxy, and a massive clump (detected in CO), likely a recently accreted low-mass satellite. With spatially resolved maps, we find a high molecular gas fraction in the central area reaching ∼3 ( M gas / M * ) and short depletion times ( M gas /SFR ∼ 120 Myr, where SFR is star formation rate) across the entire system. These observations provide insights into the complex nature of starbursts in the distant Universe and underscore the wealth of complementary information from high-resolution observations with both ALMA and JWST.

The NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) formIng Cluster survEy (NICE) is a NOEMA large programme targeting 69 massive galaxy group candidates at $z>2$ over six deep fields with a total area of 46 deg$^2$. Here we report the spectroscopic confirmation of eight massive galaxy groups at redshifts $1.65 z in the Cosmic Evolution Survey (COSMOS) field. Homogeneously selected as significant overdensities of red IRAC sources that have red Herschel colours, four groups in this sample are confirmed by CO and CI line detections of multiple sources with NOEMA 3mm observations, three are confirmed with Atacama Large Millimeter Array (ALMA) observations, and one is confirmed by Halpha emission from Subaru/FMOS spectroscopy. Using rich ancillary data in the far-infrared and sub-millimetre, we constructed the integrated far-infrared spectral energy distributions for the eight groups, obtaining a total infrared star formation rate (SFR) of 260-1300 $ M_ odot $ yr$^ $. We adopted six methods for estimating the dark matter masses of the eight groups, including stellar mass to halo mass relations, overdensity with galaxy bias, and NFW profile fitting to radial stellar mass densities. We find that the radial stellar mass densities of the eight groups are consistent with a NFW profile, supporting the idea that they are collapsed structures hosted by a single dark matter halo. The best halo mass estimates are $ h M_ odot )=12.8-13.7$ with a general uncertainty of 0.3 dex. Based on the halo mass estimates, we derived baryonic accretion rates (BARs) of $(1-8) odot /yr $ for this sample. Together with massive groups in the literature, we find a quasi-linear correlation between the integrated SFR/BAR ratio and the theoretical halo mass limit for cold streams, $M_ stream /M_ h $, with $ SFR/BAR pm0.22 M_ stream /M_ h pm0.16 dex $. Furthermore, we compared the halo masses and the stellar masses with simulations, and find that the halo masses of all structures are consistent with those of progenitors of $M_ h (z=0)>10^ odot $ galaxy clusters, and that the most massive central galaxies have stellar masses consistent with those of the brightest cluster galaxy progenitors in the TNG300 simulation. Above all, the results strongly suggest that these massive structures are in the process of forming massive galaxy clusters via baryonic and dark matter accretion.

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.

Abstract Resolved stellar morphology of z &gt; 1 galaxies was inaccessible before JWST. This limitation, due to the impact of dust on rest-frame UV light, had withheld major observational conclusions required to understand the importance of clumps in galaxy evolution. Essentially independent of this issue, we use the rest-frame near-IR for a stellar-mass dependent clump detection method and determine reliable estimations of selection effects. We exploit publicly available JWST/NIRCam and HST/ACS imaging data from CEERS, to create a stellar-mass based picture of clumps in a mass-complete sample of 418 galaxies within a wide wavelength coverage of 0.5 − 4.6 μm and a redshift window of 1 &lt; z &lt; 2. We find that a near-IR detection gives access to a larger, and possibly different, set of clumps within galaxies, with those also detected in UV making up only 28 %. Whereas, 85 % of the UV clumps are found to have a near-IR counterpart. These near-IR clumps closely follow the UVJ classification of their respective host galaxies, with these hosts mainly populating the star-forming regime besides a fraction of them (16 %) that can be considered quiescent. The mass of the detected clumps are found to be within the range of $10^{7.5-9.5}\, \rm {\rm M}_{\odot }$, therefore expected to drive gas into galaxy cores through tidal torques. The clump stellar mass function is found to have a slope of −1.50 ± 0.14, indicating a hierarchical nature similar to that of star-forming regions in the local Universe. Finally, we observe a radial gradient of increasing clump mass towards the centre of galaxies.