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The ALMA Spectroscopic Survey in the HUDF: the Molecular Gas Content of Galaxies and Tensions with IllustrisTNG and the Santa Cruz SAM

Authors :
Dylan Nelson
Jorge González-López
Paulo C. Cortes
Thierry Contini
Paul van der Werf
Mark Vogelsberger
Hans-Walter Rix
Mark Swinbank
Emanuele Daddi
Fabian Walter
Rachel S. Somerville
Tanio Díaz-Santos
Elisabete da Cunha
L. Y. Aaron Yung
Rob Ivison
Jeff Wagg
Roberto Decarli
R. J. Bouwens
Manuel Aravena
Axel Weiss
Leindert Boogaard
Olivier Le Fevre
Lars Hernquist
Chris Carilli
Pierre Cox
Benedikt Diemer
Federico Marinacci
Gergö Popping
Dominik Riechers
Annalisa Pillepich
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA)
Harvard University-Smithsonian Institution
Rutgers University [Camden]
Rutgers University System (Rutgers)
Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA)
Max-Planck-Gesellschaft
National Radio Astronomy Observatory [Socorro] (NRAO)
National Radio Astronomy Observatory (NRAO)
Cornell University [New York]
Millimeter and Submillimeter Astronomy
Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIFR)
Leiden Observatory [Leiden]
Universiteit Leiden
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut d'Astrophysique de Paris (IAP)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM)
Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institute for Computational Cosmology (ICC)
Durham University
Smithsonian Institution-Harvard University [Cambridge]
Universiteit Leiden [Leiden]
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)
Popping G.
Pillepich A.
Somerville R.S.
Decarli R.
Walter F.
Aravena M.
Carilli C.
Cox P.
Nelson D.
Riechers D.
Weiss A.
Boogaard L.
Bouwens R.
Contini T.
Cortes P.C.
Cunha E.D.
Daddi E.
Diaz-Santos T.
Diemer B.
Gonzalez-Lopez J.
Hernquist L.
Ivison R.
Fevre O.L.
Marinacci F.
Rix H.-W.
Swinbank M.
Vogelsberger M.
Werf P.V.D.
Wagg J.
Yung L.Y.A.
Rutgers University
Cornell University
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Département d'Astrophysique (ex SAP) (DAP)
Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Royal Observatory Edinburgh (ROE)
University of Edinburgh
Source :
The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, 2019, 882 (2), pp.137. ⟨10.3847/1538-4357/ab30f2⟩, The Astrophysical Journal, American Astronomical Society, 2019, 882 (2), pp.137. ⟨10.3847/1538-4357/ab30f2⟩, Astrophysical Journal (0004-637X), Astrophysical journal, 2019, Vol.882(2), pp.137 [Peer Reviewed Journal], Astrophysical Journal (0004-637X), 882(2), 137
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field (ASPECS) provides new constraints for galaxy formation models on the molecular gas properties of galaxies. We compare results from ASPECS to predictions from two cosmological galaxy formation models: the IllustrisTNG hydrodynamical simulations and the Santa Cruz semi-analytic model (SC SAM). We explore several recipes to model the H$_2$ content of galaxies, finding them to be consistent with one another, and take into account the sensitivity limits and survey area of ASPECS. For a canonical CO-to-H$_2$ conversion factor of $��_{\rm CO} = 3.6\,\rm{M}_\odot/(\rm{K}\,\rm{km/s}\,\rm{pc}^{2})$ the results of our work include: (1) the H$_2$ mass of $z>1$ galaxies predicted by the models as a function of their stellar mass is a factor of 2-3 lower than observed; (2) the models do not reproduce the number of H$_2$-rich ($M_{\rm H2} > 3\times 10^{10}\,\rm{M}_\odot$) galaxies observed by ASPECS; (3) the H$_2$ cosmic density evolution predicted by IllustrisTNG (the SC SAM) is in tension (only just agrees) with the observed cosmic density, even after accounting for the ASPECS selection function and field-to-field variance effects. The tension between models and observations at $z>1$ can be alleviated by adopting a CO-to-H$_2$ conversion factor in the range $��_{\rm CO} = 2.0 - 0.8\,\rm{M}_\odot/(\rm{K}\,\rm{km/s}\,\rm{pc}^{2})$. Additional work on constraining the CO-to-H$_2$ conversion factor and CO excitation conditions of galaxies through observations and theory will be necessary to more robustly test the success of galaxy formation models.<br />Re-submitted to ApJ after addressing the first round of comments by the referee, other comments welcome

Details

Language :
English
ISSN :
0004637X and 15384357
Database :
OpenAIRE
Journal :
The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, 2019, 882 (2), pp.137. ⟨10.3847/1538-4357/ab30f2⟩, The Astrophysical Journal, American Astronomical Society, 2019, 882 (2), pp.137. ⟨10.3847/1538-4357/ab30f2⟩, Astrophysical Journal (0004-637X), Astrophysical journal, 2019, Vol.882(2), pp.137 [Peer Reviewed Journal], Astrophysical Journal (0004-637X), 882(2), 137
Accession number :
edsair.doi.dedup.....eff7e284d2747e58ab0b1037ff7bfbe9