SUPERWINDS FROM MASSIVE STAR-FORMING CLUMPS AT Z~2 Sarah - - PowerPoint PPT Presentation

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superwinds from massive star forming clumps at z 2
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SUPERWINDS FROM MASSIVE STAR-FORMING CLUMPS AT Z~2 Sarah - - PowerPoint PPT Presentation

Sep 16, 2023 215 likes •405 views

SUPERWINDS FROM MASSIVE STAR-FORMING CLUMPS AT Z~2 Sarah Newman (UC Berkeley) R. Genzel, K. Shapiro, SINS team see Genzel et al. 2011:

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SLIDE 1

SUPERWINDS ¡FROM ¡MASSIVE ¡ STAR-­‑FORMING ¡CLUMPS ¡AT ¡Z~2 ¡

Sarah ¡Newman ¡ ¡(UC ¡Berkeley) ¡ ¡R. ¡Genzel, ¡K. ¡Shapiro, ¡SINS ¡team ¡ ¡ ¡

see ¡Genzel ¡et ¡al. ¡2011: ¡ arXiv: ¡1011.5360 ¡ Newman ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡ ¡

¡ ¡

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SLIDE 2

Understanding ¡high-­‑z ¡SF ¡

Forster ¡Schreiber+11 ¡

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SLIDE 3

BPT ¡diagram ¡with ¡high-­‑z ¡galaxies ¡ ¡

[[NII]/Hα ¡

Kauffmann ¡et ¡al. ¡2003, ¡ ¡ Shapley ¡et ¡al. ¡2005, ¡Erb ¡et ¡al. ¡2006 ¡

AGN ¡ HII ¡ Starbursts ¡

Increase ¡in ¡SFR, ¡sSFR, ¡U ¡and ¡ne ¡ ¡ (Brinchmann+08 ¡and ¡Liu+08) ¡ ¡

[[OIII]/Hβ ¡

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SLIDE 4

Observabons ¡

  • SINFONI/VLT ¡IFU ¡K-­‑band ¡spectroscopy ¡with ¡AO ¡

– 0.2” ¡FWHM ¡~ ¡1.7 ¡kpc ¡ – Tint ¡= ¡2-­‑18h ¡ ¡ – 0.05”/px ¡ ¡

  • J-­‑ ¡and ¡H-­‑band ¡with ¡natural ¡seeing ¡

– 0.6” ¡FWHM ¡~ ¡5 ¡kpc ¡ – Tint ¡= ¡2h ¡ ¡ – 0.05”/px ¡

  • Selecbon: ¡

– ZC, ¡D3a: ¡rest-­‑frame ¡opbcally ¡selected, ¡with ¡BzK ¡color ¡ – BX: ¡rest-­‑frame ¡UV ¡selected, ¡BX ¡color ¡

  • Hα-­‑bright, ¡~ ¡1 ¡kpc ¡clumps ¡
  • SFR ¡and ¡Σgas ¡from ¡LHα ¡
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SLIDE 5

ZC406690 ¡ D3a15504 ¡ ZC782941 ¡ BX482 ¡

SINS ¡Survey ¡

110 ¡z~2 ¡galaxies ¡(30 ¡AO) ¡

ZC406690 ¡

SFRHα ¡= ¡290 ¡M/yr ¡ M* ¡= ¡4.2x1010 ¡M

¡

fgas ¡= ¡0.75 ¡ v/σ ¡= ¡3.5 ¡ RHWHM ¡= ¡6.5 ¡kpc ¡

Mancini+11, ¡Wuyts+11 ¡ Genzel+11 ¡

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SLIDE 6

Superwinds ¡

Na ¡I ¡doublet. ¡Marbn ¡05 ¡ NGC ¡3079. ¡HST ¡+ ¡CXO. ¡Veilleux+05 ¡ ¡ Weiner+09 ¡ Steidel+10 ¡

At ¡High-­‑z: ¡

¡

¡-­‑ ¡Winds ¡are ¡ubiquitous ¡ ¡-­‑ ¡Not ¡spabally ¡ ¡resolved ¡

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SLIDE 7

Broad ¡Hα ¡emission ¡from ¡winds ¡

ZC406690 ¡

Clump ¡A ¡ Wind ¡B ¡ Clump ¡B ¡ Clump ¡C ¡

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SLIDE 8

Ouqlow ¡rates ¡for ¡clumps ¡

  • Ouqlow ¡of ¡gas ¡into ¡solid ¡angle ¡Ω ¡

– case ¡B ¡photoionizabon ¡with ¡T ¡= ¡104 ¡K ¡ LHα,br ¡≈ ¡γHαnenpdV ¡ MH+ ¡≈ ¡μnpdV ¡≈ ¡μLHα/γHαne ¡ MH+ ¡≈ ¡MH+vwind/Rout ¡

¡

  • Warm ¡ionized ¡component ¡only, ¡neglecbng ¡hot ¡

ionized ¡gas ¡(x-­‑rays), ¡molecular ¡and ¡atomic ¡gas ¡

  • Ouqlow ¡rates ¡for ¡individual ¡clumps: ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡10 ¡-­‑ ¡200 ¡M/yr ¡~ ¡1-­‑8 ¡x ¡SFR ¡ ¡ ¡ ¡ ¡vs. ¡Mout ¡≥ ¡SFR ¡(Steidel+10, ¡Pewni+00, ¡Weiner+09) ¡

 ¡

ne,wind ¡≤ ¡100 ¡cm-­‑3 ¡ Vwind ¡~ ¡500 ¡km/s ¡ Rout ¡~ ¡1 ¡kpc ¡

 ¡ Weiner+09 ¡

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SLIDE 9

Can ¡clumps ¡inspiral ¡to ¡form ¡bulge? ¡

  • texpulsion ¡~ ¡fcorr*Mclump,mol/Mout ¡~ ¡150-­‑1500 ¡Myr ¡
  • tmigrabon ¡~ ¡(vc/σ)2*tdyn ¡< ¡0.5 ¡Gyr ¡(Noguchi ¡99, ¡Immeli+04) ¡

Immeli+04 ¡

 ¡

Simulabons: ¡(Elmegreen+09, ¡Ceverino+08) ¡find ¡long ¡lived ¡clumps, ¡ ¡ (Oppenheimer ¡and ¡Dave ¡06 ¡and ¡S. ¡Genel+10) ¡find ¡clumps ¡disrupted ¡ ¡in ¡50-­‑100 ¡Myr ¡ Observabons: ¡Forster ¡Schreiber+11, ¡Wuyts+09, ¡Elmegreen+09 ¡

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SLIDE 10

Shocks ¡in ¡(U)LIRG ¡winds ¡

  • Caused ¡by ¡AGN, ¡bdal ¡torques, ¡SF ¡
  • Shocked ¡regions ¡characterized ¡by ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡[NII]/Hα ¡> ¡0.5 ¡& ¡[SII]/Hα ¡> ¡0.3 ¡ ¡

Monreal-­‑Ibero+10 ¡

¡ ¡Hα ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡NII/Hα ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡SII/Hα ¡

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SLIDE 11

[NII/Hα] ¡ Log[Hαbroad] ¡ Log[Hαnarrow] ¡ log[NII] ¡

  • ­‑20 ¡

¡ ¡ ¡ ¡

  • ­‑21 ¡

¡ ¡ 0.4 ¡ ¡ 0.3 ¡ ¡ ¡ ¡ 0.2 ¡ ¡ 0.1 ¡ ¡

  • ­‑19.0 ¡

¡ ¡ ¡

  • ­‑19.5 ¡

¡ ¡

ZC406690 ¡line ¡maps ¡

1” ¡

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SLIDE 12

BPT ¡with ¡SINS/Lucifer ¡

Buschkamp, ¡Kurk ¡et ¡al. ¡in ¡prep ¡

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SLIDE 13

Summary ¡

  • SF ¡in ¡z~2 ¡SFGs ¡occurs ¡in ¡~ ¡1 ¡kpc ¡clumps ¡outside ¡

the ¡center, ¡which ¡are ¡more ¡similar ¡to ¡ starbursbng ¡regions ¡than ¡normal ¡HII ¡regions. ¡

  • Winds ¡with ¡Δv ¡~ ¡100s ¡km/s ¡and ¡Mout ¡~ ¡1-­‑8 ¡x ¡SFR ¡
  • riginate ¡from ¡clumps ¡
  • Some ¡clumps ¡disrupted ¡by ¡winds ¡~ ¡100 ¡Myr ¡
  • Broad ¡region ¡corresponds ¡to ¡increased ¡[NII]/Hα ¡

and ¡[SII]/Hα ¡

  • Winds ¡may ¡contain ¡shocks, ¡parbally ¡contribubng ¡

to ¡high ¡velocity ¡dispersions ¡ ¡

 ¡

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SLIDE 14

SII ¡– ¡maximizing ¡S/N ¡

Clump ¡A ¡ Clump ¡B+C ¡

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SLIDE 15

Clump ¡Timescale ¡

  • SED ¡modeling ¡

tcl ¡~ ¡100-­‑300 ¡Myr ¡(Elmegreen+09, ¡Maraston+10) ¡

  • Metallicity ¡

tmetal ¡~ ¡300-­‑1000 ¡Myr ¡(Erb ¡08, ¡closed ¡and ¡leaky ¡box) ¡

  • EW ¡

tcl ¡~ ¡30-­‑800 ¡Myr ¡(Forster ¡Schreiber+11) ¡

  • Exhausbon ¡bmescale ¡

texpulsion ¡~ ¡fcorr*Mclump,mol/Mout ¡~ ¡150-­‑1500 ¡Myr ¡

  • TS ¡explosion ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡tTS ¡~ ¡100-­‑400 ¡Myr ¡

¡

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SLIDE 16

Ouqlow ¡model ¡conbnued… ¡

  • Model ¡1 ¡(upper ¡limit): ¡navg ¡~ ¡R-­‑2, ¡neff ¡~ ¡100 ¡cm-­‑3, ¡Rout ¡~ ¡RHWHM ¡ ¡
  • Model ¡2 ¡(lower ¡limit): ¡navg ¡and ¡nlocal ¡~ ¡R-­‑2, ¡neff ¡~ ¡nin(Rin) ¡x ¡Rin/Rout, ¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Rout ¡~ ¡Rdisk ¡~ ¡10 ¡x ¡Rin, ¡nin ¡~ ¡n(SII), ¡ncl_vir, ¡nKS, ¡ngas-­‑GMC ¡

  • ζ ¡(geometrical ¡factor) ¡~ ¡1, ¡constant ¡expansion ¡velocity ¡
  • Models ¡vary ¡by ¡x4-­‑5 ¡

¡

Genzel ¡et ¡al. ¡2011, ¡Appendix ¡B ¡

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SLIDE 17

Ostriker ¡and ¡Sheƒy ¡(2011) ¡Model ¡

  • Pkin ¡ ¡=ρ0σz

2 ¡

  • Pweight ¡= ¡πGΣ2/2 ¡
  • Pturb ¡= ¡fp/4 ¡p*/m* ¡ΣSFR ¡
  • Prad ¡= ¡ε*cκIRΣΣSFR/4 ¡
  • vz ¡= ¡2.3εeffGΣ2/ΣSFR ¡
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SLIDE 18

ZC406690 ¡Central ¡Mass ¡

velocity ¡field ¡