ABSTRACT We make use of deep 1.2 mm continuum observations (12.7 μ Jy beam −1 rms) of a 1 arcmin 2 region in the Hubble Ultra Deep Field to probe dust-enshrouded star formation from 330 Lyman-break galaxies spanning the redshift range z = 2–10 (to ∼2–3 M ⊙ yr −1 at 1 σ over the entire range). Given the depth and area of ASPECS, we would expect to tentatively detect 35 galaxies, extrapolating the Meurer z ∼ 0 IRX– β relation to z ≥ 2 (assuming dust temperature T d ∼ 35 K). However, only six tentative detections are found at z ≳ 2 in ASPECS, with just three at >3 σ . Subdividing our z = 2–10 galaxy samples according to stellar mass, UV luminosity, and UV-continuum slope and stacking the results, we find a significant detection only in the most massive (>10 9.75 M ⊙ ) subsample, with an infrared excess (IRX = L IR / L UV ) consistent with previous z ∼ 2 results. However, the infrared excess we measure from our large selection of sub- L ∗ (<10 9.75 M ⊙ ) galaxies is  ± 0.34 (bootstrap and formal uncertainties) and  ± 0.18 at z = 2–3 and z = 4–10, respectively, lying below even an IRX– β relation for the Small Magellanic Cloud (95% confidence). These results demonstrate the relevance of stellar mass for predicting the IR luminosity of z ≳ 2 galaxies. We find that the evolution of the IRX–stellar mass relationship depends on the evolution of the dust temperature. If the dust temperature increases monotonically with redshift (  ) such that T d ∼ 44–50 K at z ≥ 4, current results are suggestive of little evolution in this relationship to z ∼ 6. We use these results to revisit recent estimates of the z ≥ 3 star formation rate density.

Abstract We present a statistical study of 180 dust continuum sources identified in 33 massive cluster fields by the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array Lensing Cluster Survey (ALCS) over a total of 133 arcmin 2 area, homogeneously observed at 1.2 mm. ALCS enables us to detect extremely faint millimeter sources by lensing magnification, including near-infrared (NIR) dark objects showing no counterparts in existing Hubble Space Telescope and Spitzer images. The dust continuum sources belong to a blind sample ( N = 141) with signal-to-noise ratio (S/N) ≳ 5.0 (a purity of >0.99) or a secondary sample ( N = 39) with S/N = 4.0–5.0 screened by priors. With the blind sample, we securely derive 1.2 mm number counts down to ∼7 μ Jy, and find that the total integrated 1.2 mm flux is 20.7 − 6.5 + 8.5 Jy deg −2 , resolving ≃80% of the cosmic infrared background light. The resolved fraction varies by a factor of 0.6–1.1 due to the completeness correction depending on the spatial size of the millimeter emission. We also derive infrared (IR) luminosity functions (LFs) at z = 0.6–7.5 with the 1 / V max method, finding the redshift evolution of IR LFs characterized by positive luminosity and negative density evolution. The total (= UV + IR) cosmic star formation rate density (SFRD) at z > 4 is estimated to be 161 − 21 + 25 % of the Madau and Dickinson measurements mostly based on rest-frame UV surveys. Although our general understanding of the cosmic SFRD is unlikely to change beyond a factor of 2, these results add to the weight of evidence for an additional (≈60%) SFRD component contributed by the faint millimeter population, including NIR-dark objects.

High-redshift quasars are thought to live in the densest regions of space, which should be made evident by an overdensity of galaxies around them. However, campaigns to identify these overdensities by searching for Lyman-break galaxies (LBGs) and Lyman alpha emitters (LAEs) have had mixed results. These may be explained by either the small field of view of some of the experiments, the broad redshift ranges targeted by LBG searches, and the inherently high uncertainty of quasar redshifts estimated from ultraviolet emission lines, which makes it difficult to place the Ly-alpha emission line within a narrowband filter. Here, we present a 3 square degree search ($ 1000$ pMpc2) for LAEs around the $z=6.9$ quasar VIK J2348--3054 using the Dark Energy CAMera (DECam) housed on the 4m Blanco telescope, finding 38 LAEs. The systemic redshift of VIK J2348--3054 is known from ALMA CII observations and places the Ly-alpha emission line of companions within the NB964 narrowband of DECam. This is the largest field-of-view LAE search around a $z>6$ quasar conducted to date. We find that this field is sim ten times more overdense than Chandra Deep-Field South, observed previously with the same instrumental setup as well as several combined blank fields. This is strong evidence that VIK J2348--3054 resides in an overdensity of LAEs over several Mpc. Surprisingly, we find a lack of LAEs within 5 physical Mpc of the quasar and take this to most likely be evidence of quasar-suppressing star formation in its immediate vicinity. This result highlights the importance of performing overdensity searches over large areas to properly assess the density of those regions of the Universe.

Massive star-forming galaxies in the high-redshift universe host large reservoirs of cold gas in their circumgalactic medium (CGM). Traditionally, these reservoirs have been linked to diffuse H I Lyman- α (Ly α ) emission extending beyond ≈10 kpc scales. In recent years, millimeter and submillimeter observations have started to identify even colder gas in the CGM through molecular and/or atomic tracers such as the [C II ] 158 μm transition. In this context, we studied the well-known J1000+0234 system at z = 4.54 that hosts a massive dusty star-forming galaxy (DSFG), a UV-bright companion, and a Ly α blob. We combined new ALMA [C II ] line observations taken by the CRISTAL survey with data from previous programs targeting the J1000+0234 system, and achieved a deep view into a DSFG and its rich environment at a 0″​​​. 2 = 1.3 kpc resolution. We identified an elongated [C II ]-emitting structure with a projected size of 15 kpc stemming from the bright DSFG at the center of the field, with no clear counterpart at any other wavelength. The plume is oriented ≈40° away from the minor axis of the DSFG, and shows significant spatial variation of its spectral parameters. In particular, the [C II ] emission shifts from 180 km s −1 to 400 km s −1 between the bottom and top of the plume, relative to the DSFG’s systemic velocity. At the same time, the line width starts at 400 − 600 km s −1 but narrows down to 190 km s −1 at the top end of the plume. We discuss four possible scenarios to interpret the [C II ] plume: a conical outflow, a cold accretion stream, ram pressure stripping, and gravitational interactions. While we cannot strongly rule out any of these with the available data, we disfavor the ram pressure stripping scenario due to the requirement of special hydrodynamic conditions.

Abstract Using a combination of Hubble Space Telescope (HST), JWST, and Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) data, we perform spatially resolved spectral energy distributions (SED) fitting of fourteen 4 < z < 6 ultraviolet (UV)-selected main-sequence galaxies targeted by the ALMA Large Program [C ii ] Resolved ISM in Star-forming Galaxies. We consistently model the emission from stars and dust in ∼0.5–1 kpc spatial bins to obtain maps of their physical properties. We find no offsets between the stellar masses ( M * ) and star formation rates (SFRs) derived from their global emission and those from adding up the values in our spatial bins, suggesting there is no bias of outshining by young stars on the derived global properties. We show that ALMA observations are important to derive robust parameter maps because they reduce the uncertainties in L dust (hence, A V and SFR). Using these maps, we explore the resolved star-forming main sequence for z ∼ 5 galaxies, finding that this relation persists in typical star-forming galaxies in the early Universe. We find less obscured star formation where the M * (and SFR) surface densities are highest, typically in the central regions, contrary to the global relation between these parameters. We speculate this could be caused by feedback driving gas and dust out of these regions. However, more observations of IR luminosities with ALMA are needed to verify this. Finally, we test empirical SFR prescriptions based on the UV+IR and [C ii ] line luminosity, finding they work well at the scales probed (approximately kiloparsec). Our work demonstrates the usefulness of joint HST-, JWST-, and ALMA-resolved SED modeling analyses at high redshift.