We present a survey of the molecular gas in 61 submillimetre galaxies (SMGs) selected from 870$\mu$m continuum surveys of the COSMOS, UDS and ECDFS fields, using the Atacama Large Millimeter Array (ALMA) and the Northern Extended Millimeter Array (NOEMA). 46 $^{12}$CO ($J=$2-5) emission lines are detected in 45 of the targets at $z=$1.2-4.8, with redshifts indicating that those which are submillimetre bright and undetected/faint in the optical/near-infrared typically lie at higher redshifts, with a gradient of $\Delta z/\Delta S_{870}=$0.11$\pm$0.04mJy$^{-1}$. We also supplement our data with literature sources to construct a statistical CO spectral line energy distribution and find the $^{12}$CO line luminosities in SMGs peak at $J_{\rm up}\sim$6, consistent with the Cosmic Eyelash, among similar studies. Our SMGs lie mostly on or just above the main sequence, displaying a decrease in their gas depletion timescales $t_{\rm dep} = M_{\rm gas}/{\rm SFR}$ with redshift in the range $z\sim$1-5 and a median of 200$\pm$50Myr at $z\sim$2.8. This coincides with an increase in molecular gas fraction $\mu_{\rm gas} = M_{\rm gas}/M_\ast$ across the same redshift range. Finally we demonstrate that the $M_{\rm baryon}$-$\sigma$ distribution of our SMGs is consistent with that followed by early-type galaxies in the Coma cluster, providing strong support to the suggestion that SMGs are progenitors of massive local spheroidal galaxies. On the basis of this we suggest that the SMG populations above and below an 870-$\mu$m flux limit of $S_{870}\sim$5mJy may correspond to the division between slow- and fast-rotators seen in local early-type galaxies.

中文翻译：

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ALMA/NOEMA 对高红移恒星形成星系的分子气体特性的调查

我们使用阿塔卡马大型毫米波阵列 (ALMA) 和北方扩展毫米波阵列 (ALMA)，对 61 个亚毫米星系 (SMG) 中的分子气体进行了调查，这些星系是从 COSMOS、UDS 和 ECDFS 领域的 870 万美元连续调查中选出的。 NOEMA）。在 $z=$1.2-4.8 处的 45 个目标中检测到 46 个 $^{12}$CO ($J=$2-5) 发射线，红移表明那些在光学/近红外通常位于更高的红移处，梯度为 $\Delta z/\Delta S_{870}=$0.11$\pm$0.04mJy$^{-1}$。我们还用文献资料补充了我们的数据，以构建统计 CO 谱线能量分布，并在 $J_{\rm up}\sim$6 处找到 SMG 中的 $^{12}$CO 线光度峰值，与宇宙睫毛一致，在同类研究中。我们的 SMG 大部分位于主序带上或略高于主序带，显示其气体消耗时间尺度 $t_{\rm dep} = M_{\rm gas}/{\rm SFR}$ 减少，红移范围为 $z\sim 1-5 美元，中位数为 200 美元\pm$50Myr，$z\sim$2.8。这与相同红移范围内分子气体分数 $\mu_{\rm gas} = M_{\rm gas}/M_\ast$ 的增加相吻合。最后，我们证明了 SMG 的 $M_{\rm baryon}$-$\sigma$ 分布与后发星系团中早型星系的分布一致，为 SMG 是大规模局地星系团的祖先的建议提供了强有力的支持。球状星系。在此基础上，我们建议 SMG 种群高于和低于 $S_{870}\sim$5mJy 的 870-$\mu$m 通量限制可能对应于在当地早期看到的慢速和快速旋转者之间的划分。 -型星系。显示其气体消耗时间尺度 $t_{\rm dep} = M_{\rm gas}/{\rm SFR}$ 减少，红移范围为 $z\sim$1-5，中位数为 200$\pm$50 Myr 价格为 $z\sim$2.8。这与相同红移范围内分子气体分数 $\mu_{\rm gas} = M_{\rm gas}/M_\ast$ 的增加相吻合。最后，我们证明了 SMG 的 $M_{\rm baryon}$-$\sigma$ 分布与后发星系团中早型星系的分布一致，为 SMG 是大规模局地星系团的祖先的建议提供了强有力的支持。球状星系。在此基础上，我们建议 SMG 种群高于和低于 $S_{870}\sim$5mJy 的 870-$\mu$m 通量限制可能对应于在当地早期看到的慢速和快速旋转者之间的划分。 -型星系。显示其气体消耗时间尺度 $t_{\rm dep} = M_{\rm gas}/{\rm SFR}$ 减少，红移范围为 $z\sim$1-5，中位数为 200$\pm$50 Myr 价格为 $z\sim$2.8。这与相同红移范围内分子气体分数 $\mu_{\rm gas} = M_{\rm gas}/M_\ast$ 的增加相吻合。最后，我们证明了 SMG 的 $M_{\rm baryon}$-$\sigma$ 分布与后发星系团中早型星系的分布一致，为 SMG 是大规模局地星系团的祖先的建议提供了强有力的支持。球状星系。在此基础上，我们建议 SMG 种群高于和低于 $S_{870}\sim$5mJy 的 870-$\mu$m 通量限制可能对应于在当地早期看到的慢速和快速旋转者之间的划分。 -型星系。