Identificazione di outflow galattici nell'Universo primordiale con le righe Hα, Lyα e [CII]

How do galaxies grow in the primordial Universe? How does their chemical composition evolve, and how is this evolution connected to their circumgalactic medium (CGM)? These are the main questions driving contemporary astrophysical research. Thanks to instruments like Keck, JWST, and ALMA, we are in a golden era for studying stars, gas, and dust in galaxies from the primordial Universe. Recent observations with ALMA and advanced simulations have made significant progress in understanding the relationship between the interstellar medium (ISM) and the CGM in early galaxies. The baryon cycle, involving feedback from active galactic nuclei, the fraction of ionizing photons that escape, outflows from star formation, CGM metal enrichment, and the quenching of star formation, plays a crucial role in galaxy evolution. An intriguing result is the discovery of "[CII] halos," structures extending up to 10 kpc around galaxies. These halos suggest early CGM enrichment and raise questions about their origin, which could stem from outflows caused by AGN, star formation phenomena, cold gas inflows, mergers, or other interactions. To address these questions, we propose adding KCWI observations to a sample of galaxies at z ≈ 5. These data, combined with JWST images, IFU spectroscopy, and high-resolution ALMA observations, will allow for a deeper investigation into the mystery of [CII] halos and a better understanding of the cosmic baryon cycle in primordial galaxies. The goal is to investigate the origin of these halos and their connection to galactic properties, using a multi-wavelength approach that combines Ly-α, [CII], and Hα observations. KCWI’s capabilities make it an ideal tool for these observations, allowing us to study extended Ly-α structures in the CGM and complementing [CII] data. This approach will provide a detailed view of CGM enrichment and the baryon cycle in primordial galaxies, advancing our understanding of galactic evolution.

Come crescono le galassie nell'Universo primordiale? Come evolvono la loro composizione chimica e come si collega questa evoluzione al loro mezzo circumgalattico (CGM)? Queste sono le principali domande che guidano la ricerca astrofisica contemporanea. Grazie a strumenti come Keck, JWST e ALMA, siamo in un'era d'oro per lo studio delle stelle, del gas e della polvere nelle galassie dell'Universo primordiale. Recenti osservazioni con ALMA e simulazioni avanzate hanno permesso progressi nel comprendere il legame tra il mezzo interstellare (ISM) e il CGM nelle galassie primordiali. Il ciclo dei barioni, che coinvolge i feedback dei nuclei galattici attivi, la frazione di fotoni ionizzanti che sfuggono, gli outflow causati dalla formazione stellare, l'arricchimento del CGM con metalli e il quenching della formazione stellare, gioca un ruolo cruciale nell'evoluzione delle galassie. Un risultato interessante è la scoperta degli "aloni [CII]", strutture che si estendono fino a 10 kpc intorno alle galassie. Questi aloni suggeriscono un arricchimento precoce del CGM e sollevano interrogativi sulla loro origine, che potrebbe derivare da outflow causati da AGN, fenomeni di formazione stellare, influssi di gas freddo, fusioni o altre interazioni. Per affrontare queste domande, si propone di aggiungere osservazioni con KCWI a un campione di galassie a z ≈ 5. Questi dati, combinati con immagini JWST, spettroscopia IFU e osservazioni ALMA ad alta risoluzione, permetteranno di approfondire il mistero degli aloni di [CII] e comprendere meglio il ciclo dei barioni cosmici nelle galassie primordiali. L’obiettivo è investigare l’origine di questi aloni e il loro legame con le proprietà galattiche, utilizzando un approccio a più lunghezze d'onda che combina osservazioni di Ly-α, [CII] e Hα. Le capacità di KCWI lo rendono uno strumento ideale per queste osservazioni, permettendo di studiare le strutture estese di Ly-α nel CGM e integrandosi con i dati di [CII]. Questo approccio ci consentirà di ottenere una visione dettagliata dell’arricchimento del CGM e del ciclo dei barioni nelle galassie primordiali, avanzando la nostra comprensione dell’evoluzione galattica.