Using observations from the GASS and COLD GASS surveys and complementary data from SDSS and GALEX, we investigate the nature of variations in gas depletion time observed across the local massive galaxy population. The large and unbiased COLD GASS sample allows us to assess the relative importance of galaxy interactions, bar instabilities, morphologies and the presence of AGN in regulating star formation efficiency. Both the H2 mass fraction and depletion time vary as a function of the distance of a galaxy from the main sequence in the SFR-M* plane. The longest gas depletion times are found in below-main sequence bulge-dominated galaxies that are either gas-poor, or else on average less efficient than disk-dominated galaxy at converting into stars any cold gas they may have. We find no link between AGN and these long depletion times. The galaxies undergoing mergers or showing signs of morphological disruptions have the shortest molecular gas depletion times, while those hosting strong stellar bars have only marginally higher global star formation efficiencies as compared to matched control samples. Our interpretation is that depletion time variations are caused by changes in the ratio between the gas mass traced by the CO(1-0) observations, and the gas mass in high density star-forming cores, with interactions, mergers and bar instabilities able to locally increase pressure and raise the ratio of efficiently star-forming gas to CO-detected gas. Building a sample representative of the local massive galaxy population, we derive a global Kennicutt-Schmidt relation of slope 1.18+/-0.24, and observe structure within the scatter around this relation, with galaxies having low (high) stellar mass surface densities lying systematically above (below) the mean relation, suggesting that gas surface density is not the only parameter driving the global star formation ability of a galaxy.

We revisit the HI size-mass (D$_{\rm HI}$-M$_{\rm HI}$) relation of galaxies with a sample of more than 500 nearby galaxies covering over five orders of magnitude in HI mass and more than ten $B$-band magnitudes. The relation is remarkably tight with a scatter $\sigma \sim$0.06 dex, or 14%. The scatter does not change as a function of galaxy luminosity, HI richness or morphological type. The relation is linked to the fact that dwarf and spiral galaxies have a homogenous radial profile of HI surface density in the outer regions when the radius is normalised by D$_{\rm HI}$. The early-type disk galaxies typically have shallower HI radial profiles, indicating a different gas accretion history. We argue that the process of atomic-to-molecular gas conversion or star formation cannot explain the tightness of the D$_{\rm HI}$-M$_{\rm HI}$ relation. This simple relation puts strong constraints on simulation models for galaxy formation.

We introduce xCOLD GASS, a legacy survey providing a census of molecular gas in the local Universe. Building upon the original COLD GASS survey, we present here the full sample of 532 galaxies with CO(1-0) measurements from the IRAM-30m telescope. The sample is mass-selected in the redshift interval $0.0110^9$M$_{\odot}$. The CO(1-0) flux measurements are complemented by observations of the CO(2-1) line with both the IRAM-30m and APEX telescopes, HI observations from Arecibo, and photometry from SDSS, WISE and GALEX. Combining the IRAM and APEX data, we find that the CO(2-1) to CO(1-0) luminosity ratio for integrated measurements is $r_{21}=0.79\pm0.03$, with no systematic variations across the sample. The CO(1-0) luminosity function is constructed and best fit with a Schechter function with parameters {$L_{\mathrm{CO}}^* = (7.77\pm2.11) \times 10^9\,\mathrm{K\,km\,s^{-1}\, pc^{2}}$, $\phi^{*} = (9.84\pm5.41) \times 10^{-4} \, \mathrm{Mpc^{-3}}$ and $\alpha = -1.19\pm0.05$}. With the sample now complete down to stellar masses of $10^9$M$_{\odot}$, we are able to extend our study of gas scaling relations and confirm that both molecular gas fraction and depletion timescale vary with specific star formation rate (or offset from the star-formation main sequence) much more strongly than they depend on stellar mass. Comparing the xCOLD GASS results with outputs from hydrodynamic and semi-analytic models, we highlight the constraining power of cold gas scaling relations on models of galaxy formation.

Abstract We present a statistical study of the properties of diffuse H i in 10 nearby galaxies, comparing the H i detected by the single-dish telescope FAST (FEASTS program) and the interferometer Very Large Array (THINGS program), respectively. The THINGS observation missed H i with a median of 23% due to the short-spacing problem of interferometry and limited sensitivity. We extract the diffuse H i by subtracting the dense H i , which is obtained from the THINGS data with a uniform flux-density threshold, from the total H i detected by FAST. Among the sample, the median diffuse-H i fraction is 34%, and more diffuse H i is found in galaxies exhibiting more prominent tidal-interaction signatures. The diffuse H i we detected seems to be distributed in disk-like layers within a typical thickness of 1 kpc, different from the more halo-like diffuse H i detected around NGC 4631 in a previous study. Most of the diffuse H i is cospatial with the dense H i and has a typical column density of 10 17.7 –10 20.1 cm −2 . The diffuse and dense H i exhibit a similar rotational motion, but the former lags by a median of 25% in at least the inner disks, and its velocity dispersions are typically twice as high. Based on a simplified estimation of circumgalactic medium properties and assuming pressure equilibrium, the volume density of diffuse H i appears to be constant within each individual galaxy, implying its role as a cooling interface. Comparing with existing models, these results are consistent with a possible link between tidal interactions, the formation of diffuse H i , and gas accretion.

Abstract Disk galaxies viewed as thin planar structures resulting from the conservation of angular momentum of an initially rotating pregalactic cloud allow merely a first-order model of galaxy formation, but the presence of vertically extended structures has allowed us to gather a deeper understanding of the richness in astrophysical processes (e.g., minor mergers, secular evolution) that ultimately results in the observed diversity in disk galaxies and their vertical extensions. We measure the stellar disk scale height of 46 edge-on spiral galaxies from the Spitzer Survey of Stellar Structure in Galaxies (S 4 G) project. This paper aims to investigate the radial variation of the stellar disk vertical scale height and the existence of the so-called thick disk component in our sample. The measurements were made using one-, two-, and three-dimensional profile fitting techniques using simple models. We found that two-thirds of our sample show the presence of a thick disk, suggesting that these galaxies have been accreting gaseous material from their surroundings. We found an average thick-to-thin disk scale height ratio of 2.65, which is in good agreement with previous studies. Our findings also support the disk flaring model, which suggests that the vertical scale height increases with radius. We further found good correlations between the scale height h z and the scale length and between h z and the optical de Vaucouleurs radius R 25 .