ABSTRACT While most galaxies live in group environments where they undergo an accelerated evolution, the characteristics of their circumgalactic medium (CGM) remain uncertain. We present an analysis of the CGM of two galaxy groups in different stages of interaction: (G1) a close pair of galaxies (z = 0.043) separated by 87 kpc that do not show signs of interactions and (G2) four merging galaxies (z = 0.098) separated by 10 kpc. We present spatially resolved Keck/Keck Cosmic Web Imager galaxy observations and Hubble Space Telescope (HST)/COS quasar spectra (G1 at 48 kpc and G2 at 100 kpc away) to quantify both the resolved galaxy and CGM properties in these two different group environments. G1 contains two typical star-forming galaxies with no evidence of strong outflows. G2 contains two star-forming, one post-starburst and one quiescent galaxy. Both groups have a range of CGM-detected metal lines (H i, C ii, Si ii, Si iii, N v, and O vi). Despite G2 being twice as far from the quasar, G2 has $\log (N({{{\rm H}{\small I}}})/{\rm cm}^{-2})=17.33$, compared to $\log (N({{{\rm H}{\small I}}})/{\rm cm}^{-2})=16.43$ for G1. We find that the CGM of the merging galaxies (G2) is more kinematically complex, is in a higher ionization state, spans a wider range of metallicities and column densities, has smaller cloud sizes, and is inconsistent with the simple superposition model that seems to match well with G1. We conclude that the complexity of the CGM in merging galaxies surpasses that of not strongly interacting galaxies, suggesting that mergers play a significant role in shaping the intricate structure of the CGM.

Abstract The CGM hosts many physical processes with different kinematic signatures that affect galaxy evolution. We address the CGM–galaxy kinematic connection by quantifying the fraction of H i that is aligned with galaxy rotation with the equivalent width co-rotation fraction, fEWcorot. Using 70 quasar sightlines having HST/COS H i absorption (12 < log (N(H i)/cm‒2) < 20) within 5Rvir of z < 0.6 galaxies we find that fEWcorot increases with increasing H i column density. fEWcorot is flat at ∼0.6 within Rvir and decreases beyond Rvir to fEWcorot∼0.35. fEWcorot also has a flat distribution with azimuthal and inclination angles within Rvir, but decreases by a factor of two outside of Rvir for minor axis gas and by a factor of two for edge-on galaxies. Inside Rvir, co-rotation dominated H i is located within ∼20 deg of the major and minor axes. We surprisingly find equal amounts of H i absorption consistent with co-rotation along both major and minor axes within Rvir. However, this co-rotation disappears along the minor axis beyond Rvir, suggesting that if this gas is from outflows, then it is bound to galaxies. fEWcorot is constant over two decades of halo mass, with no decrease for log(Mh/M⊙) > 12 as expected from simulations. Our results suggest that co-rotating gas flows are best found by searching for higher column density gas within Rvir and near the major and minor axes.

While quiescent galaxies have comparable amounts of cool gas in their outer circumgalactic medium (CGM) compared to star-forming galaxies, they have significantly less interstellar gas. However, open questions remain on the processes causing galaxies to stop forming stars and stay quiescent. Theories suggest dynamical interactions with the hot corona prevent cool gas from reaching the galaxy, therefore predicting the inner regions of quiescent galaxy CGMs are devoid of cool gas. However, there is a lack of understanding of the inner regions of CGMs due to the lack of spatial information in quasar-sightline methods. We present integral-field spectroscopy probing 10–20 kpc (2.4–4.8 Re) around a massive quiescent galaxy using a gravitationally lensed star-forming galaxy. We detect absorption from Magnesium (MgII) implying large amounts of cool atomic gas (108.4–109.3 M⊙ with T~104 Kelvin), in comparable amounts to star-forming galaxies. Lens modeling of Hubble imaging also reveals a diffuse asymmetric component of significant mass consistent with the spatial extent of the MgII absorption, and offset from the galaxy light profile. This study demonstrates the power of galaxy-scale gravitational lenses to not only probe the gas around galaxies, but to also independently probe the mass of the CGM due to it's gravitational effect. Quiescent galaxies have similar amount of cool gas to star forming galaxies, yet why galaxies stop forming stars remains an open question. The authors investigate why passive galaxies remain quiescent using a gravitationally lensed background galaxy to probe the faint, diffuse cool gas around a massive quiescent galaxy, and use lensing configuration to constrain the total mass and geometry of this gas reservoir.

Abstract The multiphase CGM hosts critical processes that affect galaxy evolution such as accretion and outflows. We searched for evidence of these phenomena by using the EW co-rotation fraction (fEWcorot) to study the kinematic connection between the multiphase CGM and host galaxy rotation. We examined CGM absorption from HST/COS (including, but not limited to, Si ii, C ii, Si iii, C iii, and O vi) within 21 ≤ D ≤ 276 kpc of 27 galaxies. We find the median fEWcorot for all ions is consistent within errors and the fEWcorot increases with increasing N$({{{\rm H}\,{\rm {\small I}}}})$. The fEWcorot of lower ionization gas decreases with increasing D/Rvir while O vi and H i are consistent with being flat. The fEWcorot varies minimally as a function of azimuthal angle and is similar for all ions at a fixed azimuthal angle. The larger number of O vi detections enabled us to investigate where the majority of co-rotating gas is found. Highly co-rotating O vi primarily resides along the galaxies’ major axis. Looking at the fEWcorot as a function of ionization potential (${d{({f_{\rm EWcorot}})}}/{d{(\rm eV)}}$), we find a stronger co-rotation signature for lower-ionization gas. There are suggestions of a connection between the CGM metallicity and major axis co-rotation where low-ionization gas with higher fEWcorot exhibits lower metallicity and may trace large-scale filamentary inflows. Higher ionization gas with higher fEWcorot exhibits higher metallicity and may instead trace co-planar recycled gas accretion. Our results stress the importance of comparing absorption originating from a range of ionization phases to differentiate between various gas flow scenarios.

Abstract We measure resolved (kiloparsec-scale) outflow properties in a sample of 10 starburst galaxies from the DUVET (Deep near-UV observations of Entrained gas in Turbulent galaxies) sample, using Keck/KCWI observations of Hβ and [OIII] λ5007. We measure ∼460 lines-of-sight that contain outflows, and use these to study scaling relationships of outflow velocity (vout), mass-loading factor (η; mass outflow rate per SFR) and mass flux ($\dot{\Sigma }_{\rm out}$; mass outflow rate per area) with co-located SFR surface density (ΣSFR) and stellar mass surface density (Σ*). We find strong, positive correlations of $\dot{\Sigma }_{\rm out} \propto \Sigma _{\rm SFR}^{1.2}$ and $\dot{\Sigma }_{\rm out} \propto \Sigma _{\ast }^{1.5}$. We also find shallow correlations between vout and both ΣSFR and Σ*. Our resolved observations do not suggest a threshold in outflows with ΣSFR, but rather we find that the local specific SFR (ΣSFR/Σ*) is a better predictor of where outflows are detected. We find that outflows are very common above ΣSFR/Σ* ≳ 0.1 Gyr−1 and rare below this value. We argue that our results are consistent with a picture in which outflows are driven by supernovae, and require more significant injected energy in higher mass surface density environments to overcome local gravity. The correlations we present here provide a statistically robust, direct comparison for simulations and higher redshift results from JWST.