Astronomen hebben scherp in M ​​51 gekeken, of de Whirlpool Galaxy, sinds de jaren 1800, zijn kenmerkende spiraalstructuur informeert de vroegste debatten over de aard van sterrenstelsels en de kosmos in het algemeen.

Maar niemand - niet met het blote oog of met steeds krachtigere moderne telescopen - heeft ooit gezien wat astronomen van Case Western Reserve University voor het eerst hebben waargenomen met behulp van een gerenoveerde 75 jaar oude telescoop in de bergen van het zuidwesten van Arizona.

"Ik keek letterlijk naar de afbeelding en zei:'Wat is dat in vredesnaam?'", zei Case Western Reserve-astronomieprofessor Chris Mihos.

Wat het bleek te zijn, bleek een enorme wolk van geïoniseerd waterstofgas te zijn, uitgespuwd vanuit een nabijgelegen melkwegstelsel en vervolgens in wezen "gekookt" door straling van het centrale zwarte gat van de melkweg.

Mihos en een drietal medewerkers - onder leiding van de toen afgestudeerde student Aaron Watkins, en inclusief Case Western Reserve Observatory Manager Paul Harding en astronoom Matthew Bershady van de Universiteit van Wisconsin - schreven deze maand over de ontdekking in het tijdschrift The Astrofysische journaalbrieven .

De ontdekking van de gigantische gaswolk, voor het eerst waargenomen door Watkins in 2015 en aangekondigd door Mihos op Twitter in april, biedt mogelijk astronomen over de hele wereld een onverwachte "stoel op de eerste rij" om het gedrag van een zwart gat en het bijbehorende sterrenstelsel te bekijken terwijl het waterstofgas verbruikt en "recycleert".

"We kennen een paar wolken zoals deze in verre sterrenstelsels, maar niet in een zo dicht bij ons, "Zei Mihos. "Dit geeft astronomen een geweldige kans om van dichtbij te bestuderen hoe gas uit sterrenstelsels wordt uitgestoten en hoe zwarte gaten grote gebieden van de ruimte rond die sterrenstelsels kunnen beïnvloeden."

Een 'prachtige telescoop'

Maar hoe ontdekten wetenschappers van Case Western Reserve iets dat anderen hadden gemist?

Gedeeltelijk, omdat ze met de juiste apparatuur op de juiste plek keken en vervolgens de hulp van een collega inschakelden om dit te bevestigen met aanvullende gegevens.

De Burrell Schmidt-telescoop van Case Western Reserve bij het Warner &Swasey Observatory is een van de meer dan twee dozijn onderzoekstelescopen van het Kitt Peak National Observatory, waaronder de National Optical Astronomy Observatory en National Solar Observatory, wees naar de donkere lucht 60 mijl ten zuidwesten van Tucson.

Hoewel kleiner en ouder dan de meeste telescopen op Kitt Peak, de Case Western Reserve-telescoop is ook zo geconstrueerd dat hij een breed gezichtsveld biedt, terwijl het ook ongewenst strooilicht buiten houdt.

Hierdoor kunnen astronomen dingen zien die anderen niet zien:diffuse lichtvlekken die "meer dan 100 keer zwakker zijn dan de zwartste nachtelijke hemel die je je kunt voorstellen, ' zei Mihos.

"Wat onze telescoop echt goed doet, is dat zeer diffuse, licht met een lage oppervlaktehelderheid uitgezonden door gas of sterren rond een melkwegstelsel, " zei Mihos. "Het is een prachtige telescoop, en het heeft ons in staat gesteld om vorderingen van wereldklasse te maken bij het bestuderen van de zwakke rand van sterrenstelsels."

Mihos zei Watkins, doet nu zijn postdoctoraal werk in Finland, had oorspronkelijk de Whirlpool in beeld gebracht om de vage stralen van sterrenlicht in kaart te brengen die door de botsing tussen de sterrenstelsels werden weggerukt. Denkend dat er misschien ook gas in die streamers zit, het team voorzag de telescoop van een speciaal filter om hete, geïoniseerd waterstofgas, die een bepaalde golflengte van licht afgeeft.

"Sterren vinden is relatief eenvoudig, maar gas schijnt niet op alle golflengten, "Zei Mihos. "Dat is een van de vele redenen waarom niemand dit ooit eerder had gezien - eerdere studies die dit soort waterstoffilters gebruikten om naar geïoniseerd gas te zoeken, konden geen emissie detecteren die zo zwak was en over zo'n groot gebied rond de Whirlpool om te zien wat Aaron vond.

Maar er was nog één ding om te controleren:"Onze zorg was echt wat ik zou noemen 'de analogie van de vuile voorruit' - wat als we echt een diffuse gaswolk recht voor ons in onze melkweg zouden zien en het was niet echt onderdeel van M51?" zei Mihos. "We zouden dat kunnen achterhalen als we weten hoe snel het bewoog - beweegt het langzaam als wolken in de Melkweg, of veel sneller zoals die in M51?"

De CWRU-astronomen werkten samen met de astronoom van de Universiteit van Wisconsin, Matthew Bershady, om het nabijgelegen WIYN-observatorium te gebruiken om de associatie van de wolk met M 51 te bevestigen. De WIYN 3,5-meter telescoop was uitgerust met een instrument dat een gedetailleerd spectrum van de wolk kan nemen om zijn snelheid te meten.

"We moesten weten of die wolk met 'Melkwegsnelheid' of 'M-51-snelheid bewoog, '" zei Mihos. "Toen Aaron en Matt het spectrum van de wolk hadden genomen, ze konden zien hoe snel het van ons weg ging, en we wisten meteen dat het onderdeel was van M51, niet iets in onze eigen achtertuin."

Het maken van sterren

De rol van de ontdekking om beter te begrijpen hoe sterrenstelsels hun gas en sterren uitwerpen en "recyclen", "Mihos zei, zal in de komende jaren worden bepaald naarmate meer onderzoekers graven in informatie die er altijd al was - zelfs als deze tot nu toe ongezien was.

"We hebben veel meer gegevens nodig om dit verhaal volledig te vertellen, zeker, en dit is een van de best bestudeerde sterrenstelsels die er zijn, "zei hij. "Dus, we een kans hebben om beter te begrijpen wat er in de Whirlpool gebeurt, die informeert en beïnvloedt hoe we al het andere begrijpen over hoe het in de loop van de tijd is geëvolueerd."