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.

Abstract Hyper Suprime-Cam (HSC) is a wide-field imaging camera on the prime focus of the 8.2-m Subaru telescope on the summit of Mauna Kea in Hawaii. A team of scientists from Japan, Taiwan, and Princeton University is using HSC to carry out a 300-night multi-band imaging survey of the high-latitude sky. The survey includes three layers: the Wide layer will cover 1400 deg2 in five broad bands (grizy), with a 5 σ point-source depth of r ≈ 26. The Deep layer covers a total of 26 deg2 in four fields, going roughly a magnitude fainter, while the UltraDeep layer goes almost a magnitude fainter still in two pointings of HSC (a total of 3.5 deg2). Here we describe the instrument, the science goals of the survey, and the survey strategy and data processing. This paper serves as an introduction to a special issue of the Publications of the Astronomical Society of Japan, which includes a large number of technical and scientific papers describing results from the early phases of this survey.

Using free–free emission measured in the Ka band (26–40 GHz) for 10 star-forming regions in the nearby galaxy NGC 6946, including its starbursting nucleus, we compare a number of star formation rate (SFR) diagnostics that are typically considered to be unaffected by interstellar extinction. These diagnostics include non-thermal radio (i.e., 1.4 GHz), total infrared (IR; 8–1000 μm), and warm dust (i.e., 24 μm) emission, along with hybrid indicators that attempt to account for obscured and unobscured emission from star-forming regions including Hα + 24 μm and UV + IR measurements. The assumption is made that the 33 GHz free–free emission provides the most accurate measure of the current SFR. Among the extranuclear star-forming regions, the 24 μm, Hα + 24 μm, and UV + IR SFR calibrations are in good agreement with the 33 GHz free–free SFRs. However, each of the SFR calibrations relying on some form of dust emission overestimates the nuclear SFR by a factor of ∼2 relative to the 33 GHz free–free SFR. This is more likely the result of excess dust heating through an accumulation of non-ionizing stars associated with an extended episode of star formation in the nucleus rather than increased competition for ionizing photons by dust. SFR calibrations using the non-thermal radio continuum yield values which only agree with the 33 GHz free–free SFRs for the nucleus and underestimate the SFRs from the extranuclear star-forming regions by an average factor of ∼2 and ∼4–5 before and after subtracting local background emission, respectively. This result likely arises from the cosmic-ray (CR) electrons decaying within the starburst region with negligible escape, whereas the transient nature of star formation in the young extranuclear star-forming complexes allows for CR electrons to diffuse significantly further than dust-heating photons, resulting in an underestimate of the true SFR. Finally, we find that the SFRs estimated using the total 33 GHz flux density appear to agree well with those estimated using free–free emission due to the large thermal fractions present at these frequencies even when local diffuse backgrounds are not removed. Thus, rest-frame 33 GHz observations may act as a reliable method to measure the SFRs of galaxies at increasingly high redshift without the need of ancillary radio data to account for the non-thermal emission.

We present ∼kiloparsec spatial resolution maps of the CO-to-H2 conversion factor (αCO) and dust-to-gas ratio (DGR) in 26 nearby, star-forming galaxies. We have simultaneously solved for αCO and the DGR by assuming that the DGR is approximately constant on kiloparsec scales. With this assumption, we can combine maps of dust mass surface density, CO-integrated intensity, and H i column density to solve for both αCO and the DGR with no assumptions about their value or dependence on metallicity or other parameters. Such a study has just become possible with the availability of high-resolution far-IR maps from the Herschel key program KINGFISH, 12CO J = (2–1) maps from the IRAM 30 m large program HERACLES, and H i 21 cm line maps from THINGS. We use a fixed ratio between the (2–1) and (1–0) lines to present our αCO results on the more typically used 12CO J = (1–0) scale and show using literature measurements that variations in the line ratio do not affect our results. In total, we derive 782 individual solutions for αCO and the DGR. On average, αCO = 3.1 M☉ pc−2 (K km s−1)−1 for our sample with a standard deviation of 0.3 dex. Within galaxies, we observe a generally flat profile of αCO as a function of galactocentric radius. However, most galaxies exhibit a lower αCO value in the central kiloparsec—a factor of ∼2 below the galaxy mean, on average. In some cases, the central αCO value can be factors of 5–10 below the standard Milky Way (MW) value of αCO, MW = 4.4 M☉ pc−2 (K km s−1)−1. While for αCO we find only weak correlations with metallicity, the DGR is well-correlated with metallicity, with an approximately linear slope. Finally, we present several recommendations for choosing an appropriate αCO for studies of nearby galaxies.

The Spitzer Survey of Stellar Structure in Galaxies S^4G is an Exploration Science Legacy Program approved for the Spitzer post-cryogenic mission. It is a volume-, magnitude-, and size-limited (d < 40 Mpc, |b| > 30 degrees, m_(Bcorr) < 15.5, D25>1') survey of 2,331 galaxies using IRAC at 3.6 and 4.5 microns. Each galaxy is observed for 240 s and mapped to > 1.5 x D25. The final mosaicked images have a typical 1 sigma rms noise level of 0.0072 and 0.0093 MJy / sr at 3.6 and 4.5 microns, respectively. Our azimuthally-averaged surface brightness profile typically traces isophotes at mu_3.6 (AB) (1 sigma) ~ 27 mag arcsec^-2, equivalent to a stellar mass surface density of ~ 1 Msun pc^-2. S^4G thus provides an unprecedented data set for the study of the distribution of mass and stellar structures in the local Universe. This paper introduces the survey, the data analysis pipeline and measurements for a first set of galaxies, observed in both the cryogenic and warm mission phase of Spitzer. For every galaxy we tabulate the galaxy diameter, position angle, axial ratio, inclination at mu_3.6 (AB) = 25.5 and 26.5 mag arcsec^-2 (equivalent to ~ mu_B (AB) =27.2 and 28.2 mag arcsec^-2, respectively). These measurements will form the initial S^4G catalog of galaxy properties. We also measure the total magnitude and the azimuthally-averaged radial profiles of ellipticity, position angle, surface brightness and color. Finally, we deconstruct each galaxy using GALFIT into its main constituent stellar components: the bulge/spheroid, disk, bar, and nuclear point source, where necessary. Together these data products will provide a comprehensive and definitive catalog of stellar structures, mass and properties of galaxies in the nearby Universe.

ABSTRACT ALMA Cycle 2 observations of long-wavelength dust emission in 145 star-forming galaxies are used to probe the evolution of the star-forming interstellar medium (ISM). We also develop a physical basis and empirical calibration (with 72 low- z and z ∼ 2 galaxies) for using the dust continuum as a quantitative probe of ISM masses. The galaxies with the highest star formation rates (SFRs) at   = 2.2 and 4.4 have gas masses up to 100 times that of the Milky Way and gas mass fractions reaching 50%–80%, i.e., gas masses 1-4× their stellar masses. We find a single high- z star formation law:   M mol 0.89 × ( 1 + z ) z = 2 0.95 × ( sSFR ) MS 0.23 ?>   yr −1 —an approximately linear dependence on the ISM mass and an increased star formation efficiency per unit gas mass at higher redshift. Galaxies above the main sequence (MS) have larger gas masses but are converting their ISM into stars on a timescale only slightly shorter than those on the MS; thus, these “starbursts” are largely the result of having greatly increased gas masses rather than an increased efficiency of converting gas to stars. At z > 1, the entire population of star-forming galaxies has ∼2–5 times shorter gas depletion times than low- z galaxies. These shorter depletion times indicate a different mode of star formation in the early universe—most likely dynamically driven by compressive, high-dispersion gas motions—a natural consequence of the high gas accretion rates.

The KINGFISH project (Key Insights on Nearby Galaxies: a Far-Infrared Survey with Herschel) is an imaging and spectroscopic survey of 61 nearby (d < 30 Mpc) galaxies, chosen to cover a wide range of galaxy properties and local interstellar medium (ISM) environments found in the nearby universe. Its broad goals are to characterize the ISM of present-day galaxies, the heating and cooling of their gaseous and dust components, and to better understand the physical processes linking star formation and the ISM. KINGFISH is a direct descendant of the Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey (SINGS), which produced complete Spitzer imaging and spectroscopic mapping and a comprehensive set of multiwavelength ancillary observations for the sample. The Herschel imaging consists of complete maps for the galaxies at 70, 100, 160, 250, 350, and 500 μm. The spectral line imaging of the principal atomic ISM cooling lines ([O I] 63 μm, [O III] 88 μm, [N II] 122,205 μm, and [C II] 158 μm) covers the subregions in the centers and disks that already have been mapped in the mid-infrared with Spitzer. The KINGFISH and SINGS multiwavelength data sets combined provide panchromatic mapping of the galaxies sufficient to resolve individual star-forming regions, and tracing the important heating and cooling channels of the ISM, across a wide range of local extragalactic ISM environments. This article summarizes the scientific strategy for KINGFISH, the properties of the galaxy sample, the observing strategy, and data processing and products. It also presents a combined Spitzer and Herschel image atlas for the KINGFISH galaxies, covering the wavelength range 3.6–500 μm. All imaging and spectroscopy data products will be released to the Herschel user-generated product archives.

We report the discovery of 854 ultra-diffuse galaxies (UDGs) in the Coma cluster using deep R band images, with partial B, i, and Hα band coverage, obtained with the Subaru telescope. Many of them (332) are Milky Way (MW) sized with very large effective radii of . This study was motivated by the recent discovery of 47 UDGs by Dokkum et al.; our discovery suggests UDGs after accounting for the smaller Subaru field (; about one-half of Dragonfly). The new Subaru UDGs show a distribution concentrated around the cluster center, strongly suggesting that the great majority are (likely longtime) cluster members. They are a passively evolving population, lying along the red sequence in the color–magnitude diagram with no signature of Hα emission. Star formation was, therefore, quenched in the past. They have exponential light profiles, effective radii –, effective surface brightnesses 25–28 mag arcsec−2, and stellar masses –. There is also a population of nucleated UDGs. Some MW-sized UDGs appear closer to the cluster center than previously reported; their survival in the strong tidal field, despite their large sizes, possibly indicates a large dark matter fraction protecting the diffuse stellar component. The indicated baryon fraction is less than the cosmic average, and thus the gas must have been removed (from the possibly massive dark halo). The UDG population is elevated in the Coma cluster compared to the field, indicating that the gas removal mechanism is related primarily to the cluster environment.

New far-infrared and sub-millimeter photometry from the Herschel Space Observatory is presented for 61 nearby galaxies from the Key Insights on Nearby Galaxies: A Far-Infrared Survey with Herschel (KINGFISH) sample. The spatially-integrated fluxes are largely consistent with expectations based on Spitzer far-infrared photometry and extrapolations to longer wavelengths using popular dust emission models. Dwarf irregular galaxies are notable exceptions, as already noted by other authors, as their 500um emission shows evidence for a sub-millimeter excess. In addition, the fraction of dust heating attributed to intense radiation fields associated with photo-dissociation regions is found to be (21+/-4)% larger when Herschel data are included in the analysis. Dust masses obtained from the dust emission models of Draine & Li are found to be on average nearly a factor of two higher than those based on single-temperature modified blackbodies, as single blackbody curves do not capture the full range of dust temperatures inherent to any galaxy. The discrepancy is largest for galaxies exhibiting the coolest far-infrared colors.

Abstract We analyze the CO-to-H 2 conversion factor ( α CO ) in the nearby barred spiral galaxy M83. We present new H i observations from the VLA and single-dish GBT in the disk of the galaxy, and combine them with maps of CO(1-0) integrated intensity and dust surface density from the literature. α CO and the gas-to-dust ratio ( δ GDR ) are simultaneously derived in annuli of 2 kpc width from R = 1–7 kpc. We find that α CO and δ GDR both increase radially, by a factor of ∼2–3 from the center to the outskirts of the disk. The luminosity-weighted averages over the disk are α CO = 3.14 (2.06, 4.96) M ⊙    pc − 2   [ K   km   s − 1  ] − 1  and δ GDR = 137 (111, 182) at the 68% (1 σ ) confidence level. These are consistent with the α CO and δ GDR values measured in the Milky Way. In addition to possible variations of α CO due to the radial metallicity gradient, we test the possibility of variations in α CO due to changes in the underlying cloud populations, as a function of galactic radius. Using a truncated power-law molecular cloud CO luminosity function and an empirical power-law relation for cloud mass and luminosity, we show that the changes in the underlying cloud population may account for a factor of ∼1.5–2.0 radial change in α CO .