We compare the extent of the dust, molecular gas and stars in three star-forming galaxies, at $z= 1.4, 1.6$ and $2.7$, selected from the Hubble Ultra Deep Field based on their bright CO and dust-continuum emission as well as their large rest-frame optical sizes. The galaxies have high stellar masses, $\mathrm{M}_*>10^{11}\mathrm{M}_\odot$, and reside on, or slightly below, the main sequence of star-forming galaxies at their respective redshifts. We probe the dust and molecular gas using subarcsecond Atacama Large Millimeter/submillimeter Array observations of the 1.3 mm continuum and CO line emission, respectively, and probe the stellar distribution using \emph{Hubble Space Telescope} observations at 1.6 \textmu m. We find that for all three galaxies the CO emission appears $\gtrsim 30\%$ more compact than the stellar emission. For the $z= 1.4$ and $2.7$ galaxies, the dust emission is also more compact, by $\gtrsim 50\%$, than the stellar emission, whereas for the $z=1.6$ galaxy, the dust and stellar emission have similar spatial extents. This similar spatial extent is consistent with observations of local disk galaxies. However, most high redshift observations show more compact dust emission, likely due to the ubiquity of central starbursts at high redshift and the limited sensitivity of many of these observations. Using the CO emission line, we also investigate the kinematics of the cold interstellar medium in the galaxies, and find that all three have kinematics consistent with a rotation-dominated disk.

中文翻译：

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三个恒星形成 HUDF 星系在 z ∼ 2 的恒星、CO 和尘埃连续发射的比较

我们比较了三个恒星形成星系中的尘埃、分子气体和恒星的范围，在 $z=1.4、1.6$ 和 $2.7$，根据它们明亮的 CO 和尘埃连续发射，从哈勃超深场中选择出来作为他们的大休息帧光学尺寸。这些星系的恒星质量很高，$\mathrm{M}_*>10^{11}\mathrm{M}_\odot$，位于或略低于它们各自的恒星形成星系的主序带红移。我们分别使用 1.3 mm 连续谱和 CO 线发射的亚弧秒阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列观测来探测尘埃和分子气体，并使用 \emph {Hubble Space Telescope} 在 1.6 \textmu m 处进行观测来探测恒星分布。我们发现，对于所有三个星系，CO 排放似乎比恒星排放更紧凑 $\gtrsim 30\%$。对于 $z=1。在 4$ 和 $2.7$ 星系，尘埃发射也比恒星发射更紧凑，$\gtrsim 50\%$，而对于 $z=1.6$ 星系，尘埃和恒星发射具有相似的空间范围。这种相似的空间范围与局部盘状星系的观测结果一致。然而，大多数高红移观测显示出更紧凑的尘埃发射，这可能是由于高红移处的中央星暴无处不在，而且许多这些观测的敏感性有限。使用 CO 发射线，我们还研究了星系中冷星际介质的运动学，发现所有三个都具有与旋转主导盘一致的运动学。尘埃和恒星的发射具有相似的空间范围。这种相似的空间范围与局部盘状星系的观测结果一致。然而，大多数高红移观测显示出更紧凑的尘埃发射，这可能是由于高红移处的中央星暴无处不在，而且许多这些观测的敏感性有限。使用 CO 发射线，我们还研究了星系中冷星际介质的运动学，发现所有三个都具有与旋转主导盘一致的运动学。尘埃和恒星的发射具有相似的空间范围。这种相似的空间范围与局部盘状星系的观测结果一致。然而，大多数高红移观测显示出更紧凑的尘埃发射，这可能是由于高红移处的中央星暴无处不在，而且许多这些观测的敏感性有限。使用 CO 发射线，我们还研究了星系中冷星际介质的运动学，发现所有三个都具有与旋转主导盘一致的运动学。