The Ionization and Dynamics of the Makani Galactic Wind

Abstract

Abstract The Makani galaxy hosts the poster child of a galactic wind on scales of the circumgalactic medium. It consists of a two-episode wind in which the slow, outer wind originated 400 Myr ago (Episode I; R I = 20 − 50 kpc) and the fast, inner wind is 7 Myr old (Episode II; R II = 0 − 20 kpc). While this wind contains ionized, neutral, and molecular gas, the physical state and mass of the most extended phase—the warm, ionized gas—are unknown. Here we present Keck optical spectra of the Makani outflow. These allow us to detect hydrogen lines out to r = 30–40 kpc and thus constrain the mass, momentum, and energy in the wind. Many collisionally excited lines are detected throughout the wind, and their line ratios are consistent with 200–400 km s −1 shocks that power the ionized gas, with v shock = σ wind . Combining shock models, density-sensitive line ratios, and mass and velocity measurements, we estimate that the ionized mass and outflow rate in the Episode II wind could be as high as those of the molecular gas: <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>II</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> <mml:mi mathsize="small" mathvariant="normal">II</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>II</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>9</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.50em"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi mathvariant="italic">dM</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="true">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic">dt</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>II</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> <mml:mi mathsize="small" mathvariant="normal">II</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mi mathvariant="italic">dM</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="true">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic">dt</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>II</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>170</mml:mn> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>250</mml:mn> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> yr −1 . The outer wind has slowed, so that <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi mathvariant="italic">dM</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="true">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic">dt</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> <mml:mi mathsize="small" mathvariant="normal">II</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> yr −1 , but it contains more ionized gas, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> <mml:mi mathsize="small" mathvariant="normal">II</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>5</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>9</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup>

Topics & Concepts