Astronomer har starkt tittat in på M51, eller Whirlpool Galaxy, sedan 1800-talet, dess signaturspiralstruktur som informerar de tidigaste debatterna om arten av galaxer och kosmos i stort.

Men ingen-inte med blotta ögat eller med allt starkare moderna teleskop-har någonsin sett vad Case Western Reserve University-astronomer först observerade med hjälp av ett renoverat 75-årigt teleskop i bergen i sydvästra Arizona.

"Jag tittade bokstavligen på bilden och sa:"Vad i hela friden är det där?" sa Case Western Reserve astronomiprofessor Chris Mihos.

Vad det visade sig vara ett massivt moln av joniserad vätgas som spyddes från en närliggande galax och sedan i huvudsak "kokades" av strålning från galaxens centrala svarta hål.

Mihos och en trio av kollaboratörer – ledda av dåvarande doktorand Aaron Watkins, och inklusive Case Western Reserve Observatory Manager Paul Harding och University of Wisconsin astronom Matthew Bershady – skrev om upptäckten denna månad i tidskriften The Astrofysiska tidskriftsbrev .

Upptäckten av det gigantiska gasmolnet, observerades först av Watkins 2015 och tillkännagavs av Mihos på Twitter i april, möjligen ger astronomer runt om i världen ett oväntat "främre säte" för att se beteendet hos ett svart hål och tillhörande galax när den förbrukar och "återvinner" vätgas.

"Vi känner till några moln som detta i avlägsna galaxer, men inte i ett så nära oss, "Mihos sa." Detta ger astronomer ett utmärkt tillfälle att på nära håll studera hur gas matas ut från galaxer och hur svarta hål kan påverka stora delar av rymden runt dessa galaxer. "

Ett "underbart teleskop"

Men hur hittade Case Western Reserve -forskare något som andra hade missat?

Till viss del, eftersom de letade på rätt plats med rätt utrustning – och tog sedan hjälp av en kollega för att bekräfta det med ytterligare data.

Case Western Reserves Burrell Schmidt -teleskop vid Warner &Swasey Observatory är ett bland mer än två dussin forskningsteleskop vid Kitt Peak National Observatory, inklusive National Optical Astronomy Observatory och National Solar Observatory, pekade på den mörka himlen 60 mil sydväst om Tucson.

Även om de är mindre och äldre än de flesta teleskop på Kitt Peak, Case Western Reserve -teleskopet är också konstruerat på ett sätt som ger ett brett synfält, samtidigt som du håller bort oönskat strålande ljus.

Det gör att astronomer kan se saker som andra inte gör:diffusa ljusfläckar som är "över 100 gånger svagare än den svartaste natthimlen du kan tänka dig, "Sa Mihos.

"Vad vårt teleskop verkligen gör bra är att mäta det mycket diffusa, ljus med låg ytljus som sänds ut av gas eller stjärnor runt en galax, "Sa Mihos." Det är ett underbart teleskop, och det har gjort det möjligt för oss att göra framsteg i världsklass när det gäller att studera galaxernas svaga utkanter. "

Mihos sa Watkins, gör nu sitt doktorandarbete i Finland, hade ursprungligen avbildat Whirlpoolen för att kartlägga de svaga streamers av stjärnljus som slets av av kollisionen mellan galaxerna. Tänker att det också kan finnas gas i dessa streamers, teamet utrustade teleskopet med ett speciellt filter för att se varmt, joniserad vätgas, som avger en viss våglängd av ljus.

"Att hitta stjärnor är relativt enkelt, men gas lyser inte på alla våglängder, "Mihos sa." Det är en av flera anledningar till varför ingen någonsin sett det här tidigare - tidigare studier som använde den här typen av vätefilter för att leta efter joniserad gas kunde inte upptäcka utsläpp så svagt och över ett så brett område runt Whirlpoolen för att se vad Aaron hittade.

Men det fanns fortfarande en sak att dubbelkolla:"Vår oro var egentligen vad jag skulle kalla "den smutsiga vindrutans analogi" - tänk om vi faktiskt såg ett diffust moln av gas precis framför oss i vår galax och det var det inte verkligen en del av M51? " Sa Mihos. "Vi skulle kunna räkna ut det om vi vet hur snabbt det rörde sig - rör det sig långsamt som moln i Vintergatan, eller mycket snabbare som de i M51?"

CWRU-astronomerna slog sig ihop med astronomen Matthew Bershady från University of Wisconsin för att använda det närliggande WIYN-observatoriet för att bekräfta molnets koppling till M51. WIYN-teleskopet på 3,5 meter var utrustat med ett instrument som kunde ta ett detaljerat spektrum av molnet för att mäta dess hastighet.

"Vi behövde veta om det molnet rörde sig med" Vintergatans hastighet "eller" M-51-hastigheten, '"Sa Mihos." När Aaron och Matt hade tagit spektrumet av molnet, de kunde berätta hur snabbt det gick bort från oss, och vi visste genast att det var en del av M51, inte något i vår egen bakgård. "

Skapandet av stjärnor

Upptäcktens roll för att tydligare förstå hur galaxer skjuter ut och "återvinner" sin gas och stjärnor, "Mihos sa, kommer att avgöras under de kommande åren när fler forskare gräver i information som har funnits där hela tiden – även om den inte har setts fram till nu.

"Vi behöver mycket mer data för att berätta den här historien fullt ut, Säkert, och detta är en av de mest välstuderade galaxerna som finns, " han sa så, vi har en chans att bättre förstå vad som händer i bubbelpoolen, som informerar och påverkar hur vi förstår allt annat om hur det har utvecklats över tid. "