The Herschel ATLAS is the largest open-time key project that will be carried out on the Herschel Space Observatory. It will survey 570 deg2 of the extragalactic sky, 4 times larger than all the other Herschel extragalactic surveys combined, in five far-infrared and submillimeter bands. We describe the survey, the complementary multiwavelength data sets that will be combined with the Herschel data, and the six major science programs we are undertaking. Using new models based on a previous submillimeter survey of galaxies, we present predictions of the properties of the ATLAS sources in other wave bands.

We compare the set of local galaxies having dynamically measured black holes with a large, unbiased sample of galaxies extracted from the Sloan Digital Sky Survey. We confirm earlier work showing that the majority of black hole hosts have significantly higher velocity dispersions sigma than local galaxies of similar stellar mass. We use Monte-Carlo simulations to illustrate the effect on black hole scaling relations if this bias arises from the requirement that the black hole sphere of influence must be resolved to measure black hole masses with spatially resolved kinematics. We find that this selection effect artificially increases the normalization of the Mbh-sigma relation by a factor of at least ~3; the bias for the Mbh-Mstar relation is even larger. Our Monte Carlo simulations and analysis of the residuals from scaling relations both indicate that sigma is more fundamental than Mstar or effective radius. In particular, the Mbh-Mstar relation is mostly a consequence of the Mbh-sigma and sigma-Mstar relations, and is heavily biased by up to a factor of 50 at small masses. This helps resolve the discrepancy between dynamically-based black hole-galaxy scaling relations versus those of active galaxies. Our simulations also disfavour broad distributions of black hole masses at fixed sigma. Correcting for this bias suggests that the calibration factor used to estimate black hole masses in active galaxies should be reduced to values of fvir~1. Black hole mass densities should also be proportionally smaller, perhaps implying significantly higher radiative efficiencies/black hole spins. Reducing black hole masses also reduces the gravitational wave signal expected from black hole mergers.

ABSTRACT We adopt a Bayesian X-ray spectral approach to investigate the accretion properties of unobscured ($20\lt \log (N_{\rm H}/{\rm cm}^{-2}\lt 22$) and obscured ($22\lt \log (N_{\rm H}/{\rm cm}^{-2}\lt 24$) active galactic nuclei (AGNs) to shed light on the orientation versus evolution scenarios for the origin of the obscuring material. For a sample of 3882 X-ray-selected AGN from the Chandra COSMOS Legacy, AEGIS, and CDFS extragalactic surveys, we constrain their stellar masses, $M_\star$, intrinsic X-ray luminosities, $L_{\rm X}$, obscuring column densities, $N_{\rm H}$, and specific accretion rates $\lambda \propto L_{\rm X}/M_\star$. By combining these observables within a Bayesian non-parametric approach, we infer, for the first time, the specific accretion rate distribution (SARD) of obscured and unobscured AGN to $z\approx 3$, i.e. the probability of a galaxy with mass $M_\star$ at redshift z hosting an AGN with column density $N_{\rm H}$ and specific accretion rate $\lambda$. Our findings indicate that (1) both obscured and unobscured SARDs share similar shapes, shifting towards higher accretion rates with redshift, (2) unobscured SARDs exhibit a systematic offset towards higher $\lambda$ compared to obscured SARD for all redshift intervals, (3) the obscured AGN fraction declines sharply at $\log \lambda _{\rm break} \sim -2$ for $z \lt 0.5$, but shifts to higher $\lambda$ values with increasing redshift, (4) the incidence of AGN within the theoretically unstable blow-out region of the $\lambda -N_{\rm H}$ plane increases with redshift. These observations provide compelling evidence for AGN ‘downsizing’ and radiation-regulated nuclear-scale obscuration with an increasing host galaxy contribution towards higher redshifts.

Abstract In a series of recent papers we put forward a “fractional gravity”
framework striking an intermediate course between a modified gravity theory and an
exotic dark matter (DM) scenario, which envisages the DM component in virialized
halos to feel a non-local interaction mediated by gravity. The remarkable success
of this model in reproducing several aspects of DM phenomenology motivates us to
look for a general relativistic extension. Specifically, we propose a theory, dubbed
Relativistic Scalar Fractional Gravity or RSFG, in which the trace of the DM stressenergy tensor couples to the scalar curvature via a non-local operator constructed with
a fractional power of the d’Alembertian. We derive the field equations starting from
an action principle, and then we investigate their weak field limit, demonstrating that
in the Newtonian approximation the fractional gravity setup of our previous works is
recovered. We compute the first-order post-Newtonian parameter γ and its relation
with weak lensing, showing that although in RSFG the former deviates from its GR
values of unity, the latter is unaffected. We also perform a standard scalar-vectortensor-decomposition of RSFG in the weak field limit, to highlight that gravitational
waves propagate at the speed of light, though also an additional scalar mode becomes
dynamical. Finally, we derive the modified conservation laws of the DM stress energy
tensor in RSFG, showing that a new non-local force emerges, and hence that the DM
fluid deviates from the geodesic solutions of the field equations.

Context. The phenomenon of magnification bias can induce a non-negligible angular correlation between two samples of galaxies with nonoverlapping redshift distributions. This signal is particularly clear when background submillimeter galaxies are used, and has been shown to constitute an independent cosmological probe. Aims. This work extends prior studies on the submillimeter galaxy magnification bias to the massive neutrino scenario, with the aim being to assess its sensitivity as a cosmological observable to the sum of neutrino masses. Methods. The measurements of the angular cross-correlation function between moderate redshift GAMA galaxies and high-redshift submillimeter H-ATLAS galaxies are fit to the weak lensing prediction down to the arcmin scale. The signal is interpreted under the halo model, which is modified to accommodate massive neutrinos. We discuss the impact of the choice of cosmological parametrization on the sensitivity to neutrino masses. Results. The currently available data on the magnification bias affecting submillimeter galaxies are sensitive to neutrino masses when a cosmological parametrization in terms of the primordial amplitude of the power spectrum ( A s ) is chosen over the local root mean square of smoothed linear density perturbations ( σ 8 ). A clear upper limit on the sum of neutrino masses can be derived if the value of A s is either fixed or assigned a narrow Gaussian prior, a behavior that is robust against changes to the chosen value.

ABSTRACT Environmental effects are believed to play an important yet poorly understood role in triggering accretion events onto the supermassive black holes (SMBHs) of galaxies (active galactic nuclei; AGNs). Massive clusters, which represent the densest structures in the Universe, provide an excellent laboratory to isolate environmental effects and study their impact on black hole growth. In this work, we critically review observational evidence for the preferential activation of SMBHs in the outskirts of galaxy clusters. We develop a semi-empirical model under the assumption that the incidence of AGN in galaxies is independent of environment. We demonstrate that the model is broadly consistent with recent observations on the AGN halo occupation at z = 0.2, although it may overpredict satellite AGN in massive haloes at that low redshift. We then use this model to interpret the projected radial distribution of X-ray sources around high redshift (z ≈ 1) massive ($\gt 5 \times 10^{14} \, M_\odot$) clusters, which show excess counts outside their virial radius. Such an excess naturally arises in our model as a result of sample variance. Up to 20 per cent of the simulated projected radial distributions show excess counts similar to the observations, which are however, because of background/foreground AGN and hence, not physically associated with the cluster. Our analysis emphasizes the importance of projection effects and shows that current observations of z ≈ 1 clusters remain inconclusive on the activation of SMBHs during infall.

Abstract The line intensity mapping technique involves measuring the cumulative emission from specific spectral lines emitted by galaxies and intergalactic gas. This method provides a way to study the matter distribution and the evolution of large-scale structures throughout the history of the Universe. However, modeling intensity mapping from ab-initio approaches can be challenging due to significant astrophysical uncertainties and noticeable degeneracies among astrophysical and cosmological parameters. To address these challenges, we develop a semi-empirical, data-driven framework for galaxy evolution, which features a minimal set of assumptions and parameters gauged on observations. By integrating this with stellar evolution and radiative transfer prescriptions for line emissions, we derive the cosmic [CII] intensity over an extended redshift range 0 ≲ z ≲ 10. Our approach is quite general and can be easily applied to other key lines used in intensity mapping studies, such as [OIII] and the CO ladder. We then evaluate the detectability of the [CII] power spectra using current and forthcoming observational facilities. Our findings offer critical insights into the feasibility and potential contributions of intensity mapping for probing the large-scale structure of the Universe and understanding galaxy evolution.

ABSTRACT In a hierarchical, dark matter-dominated Universe, stellar mass functions (SMFs), galaxy merger rates, star formation histories (SFHs), satellite abundances, and intracluster light (ICL), should all be intimately connected observables. However, the systematics affecting observations still prevent universal and uniform measurements of, for example, the SMF and the SFHs, inevitably preventing theoretical models to compare with multiple data sets robustly and simultaneously. We here present our holistic semi-empirical model decode (Discrete statistical sEmi-empiriCal mODEl) that converts via abundance matching dark matter merger trees into galaxy assembly histories, using different SMFs in input and predicting all other observables in output in a fully data-driven and self-consistent fashion with minimal assumptions. We find that: (1) weakly evolving or nearly constant SMFs below the knee ($M_\star \lesssim 10^{11} \, \mathrm{M}_\odot$) are the best suited to generate SFHs aligned with those inferred from MaNGA, SDSS, GAMA, and, more recently, JWST; (2) the evolution of satellites after infall only affects the satellite abundances and SFHs of massive central galaxies but not their merger histories; (3) the resulting SFR–$M_\star$ relation is lower in normalization by a factor of $\sim 2$ with respect to observations, with a flattening at high masses more pronounced in the presence of mergers; (4) the latest data on ICL can be reproduced if mass-loss from mergers is included in the models. Our findings are pivotal in acting as pathfinder to test the self-consistency of the high-quality data from, e.g. JWST and Euclid.