28. Woche - Messier 81 und 82 im Großen Bären

 -  Astrofoto der Woche  - 

Messier 81 und 82 zählen zu den meistfotografierten Galaxien. Viele Aufnahmen zeigen sie als Einzelmotive. Das ist im neuen AdW anders: Wir sehen das Paar in einem großen Gesichtsfeld von 2° 18´ x 86´. Das macht es uns möglich, auch einmal das Umfeld dieser nahen Galaxiengruppe zu beleuchten.

M 81 wird als Typ SA(s)ab geführt. Die 6,9 mag helle Spiralgalaxie wurde 1774 von J.E. Bode in Berlin entdeckt. Madore, Freedman und Lee haben 1993 eine Entfernung von 11,8 Millionen Lichtjahren bestimmt. Mit einer Winkelausdehnung von 26,9´ x 14,1´ erreicht M 81 einen wahren Durchmesser von ca. 90.000 Lichtjahren – etwa 10% weniger als unsere Milchstraße. Sie ist durch einen kleinen, hellen Kern und recht eng gewickelte Spiralarme charakterisiert. Die Sterne in den dünnen Spiralarmen sind in Summe recht blau. Um diese Arme visuell wahrzunehmen, ist aber schon ein größeres Teleskop erforderlich. Zwischen den Armen liegen zahlreiche Dunkelwolken. Sie deuten sich im aktuellen AdW in der Nähe des Zentrums schon an, treten aber bei längeren Brennweiten viel deutlicher hervor. Am Rand der Arme finden sich auch blaue Sternassoziationen und zahlreiche H II-Regionen. Solche Details können in diesem kurzbrennweitigen AdW jedoch noch nicht überzeugend nachgewiesen werden.

Gut 37 Bogenminuten nördlich von M 81 liegt die Partnergalaxie M 82. Mit 11,2´ x 4,3´ kommt sie auf 38.000 Lj Länge, vorausgesetzt, sie ist gleich weit entfernt wie M 81. Damit ist sie nur gut 25% größer als die Große Magellansche Wolke. M 82 wird den amorphen Galaxien zugerechnet. Schaut man nur die visuelle scheinbare Helligkeit an, dann ist M 82 mit 8,2 mag viel lichtschwächer als M 81 mit 6,9 mag. Allein diese Magnituden – von vielen visuellen Beobachtern ernsthaft als Kriterium für die Beobachtbarkeit gebraucht – sind zur Helligkeitsbeurteilung ungeeignet. Sinnvoll ist erst die Flächenhelligkeit! Dazu etwas ausführlicher: In M 82 gibt es einige junge Supersternhaufen, die sich in einem Sternentstehungsausbruch (starburst) vor wenigen Millionen Jahren gebildet haben. Der Innenbereich ist von viel Staub durchsetzt. Er streut das Licht der enthaltenen jungen Sterne stark und verleiht dem Galaxienkörper eine ziemlich hohe Flächenhelligkeit. Werden die 8,2 mag auf 11,3´ x 4,3´ verteilt, so ergibt sich eine durchschnittliche Flächenhelligkeit von 21 mag pro Quadratbogensekunde. Im Gegensatz dazu kommt M 81 wegen ihrer viel größeren Fläche nur auf mittlere 22 mag pro Quadratbogensekunde und wirkt 2,5-mal lichtschwächer als M 82.

M 81 und 82 bilden das Zentrum einer Gruppe von etwa 60 Galaxien. Davon sind die meisten Zwerggalaxien. Das AdW zeigt Norden rechts und Osten oben. Direkt oberhalb von M 81 (also östlich) liegt die bläuliche irreguläre Zwerggalaxie Holmberg IX mit nur 2,5´ Ausdehnung. Südlich von M 81, nahe dem Stern am linken Bildrand, erkennt man die Galaxie KDG 61. Auch sie ist mit nur 2,4´ ein Zwerg, allerdings vom elliptischen Typ dSph. In der linken oberen Bildecke steht NGC 3077, eine 5´ große, irreguläre Zwerggalaxie. Außerdem ist das gesamte Feld von lichtschwachen Nebelfetzen durchsetzt. Der Bildautor schreibt: „Ich war überrascht, dass man den galaktischen Zirrus schon ansatzweise erkennen kann.“ In der Tat ist diese Himmelsregion von galaktischem Zirrus erfüllt, das sind Nebel, die im Außenbereich unserer Milchstraße liegen und durch die Fülle der Milchstraßensterne selbst erleuchtet werden. Zwei amerikanische Schlaumeier namens Mandel und Wilson haben einmal das hochtrabende Wort „integrated flux nebula“ (IFN) geprägt und glaubten, ein neues Phänomen am Himmel gefunden zu haben. Entsprechend phantasievolle Eigennamen haben sie den hellsten Nebeln gegeben … Dabei haben sie aber ihre Hausaufgaben nicht gemacht, weil sie die alten Beobachtungen des Österreichers Johann Georg Hagen nicht gelesen haben. Hagen hatte diese Nebel in den 1930er-Jahren erstmals in der Gegend um den nördlichen Pol visuell gesehen und publiziert, daher spricht man auch von „Hagen´schen Wolken“. Zweitens ist der Begriff „integrated flux“ physikalisch unsinnig, weil weder Gamma-, Röntgen-, Infrarot- noch Radiostrahlung zur Helligkeit des galaktischen Zirrus beitragen. Leute, vergesst diesen Begriff IFN schnell, auch wenn er so toll wissenschaftlich klingt!

Es gibt im AdW aber auch Nebelfetzen, die der Galaxiengruppe selbst angehören. Ein Beispiel dafür ist der schwache Bogen, der M 81 unmittelbar nördlich (rechts) umgibt und eine Ausdehnung vergleichbar mit M 81 selbst hat. Er trägt die Bezeichnung „Arp´s Loop“. In diesem Gebiet sind sogar verschiedene Zwerggalaxien durch Gezeitenkräfte entstanden („tidal dwarfs“). Darüber hinaus ist der Bereich zwischen M 81, M 82 und NGC 3077 von einer riesigen Wolke aus neutralem, nicht leuchtendem Wasserstoff erfüllt, der durch die Gezeitenkräfte der Galaxiengruppe zu Brücken und Bögen verformt wurde.

Karsten Möller, Mitglied der Fachgruppe Astrofotografie, ist Autor dieses Bildes. Aufgenommen wurde es mit einem Skywatcher ED80 bei f = 510 mm, Kamera war eine Canon EOS 400Da. Die Belichtung betrug 46 x 600 Sekunden bei ISO 800, dazu 25 Darks, 25 Flats und 50 Biasbilder. Als Software wurden Pixinsight und Theli verwendet.

Text zu Objekt und Bilddaten: Peter Riepe

Etwa ab Mitte des letzten Jahrzehnts kursierten die ersten Aufnahmen von M 81/82 im Internet, bei denen der galaktische Zirrus im Feld mit zu erkennen war. Zu der Zeit war das eine Sensation, heute ist es fast schon normal, wenn dieses Galaxienpärchen mit dem galaktischen Zirrus aufgenommen wird. Zwar war der galaktische Zirrus bereits damals einigen Astrofotografen als Hagensche Wolken - gerade auch bei M 81/82 - bekannt, jedoch gab es dazu keine Aufnahmen aus dem Amateurlager.

Die stetige und in großen Schritten voranschreitende Kameratechnik mit unter dem Strich einem immer besseren Signal/Rausch-Verhältnis der Bilder und der immer höher werdende allgemeine Standard in der Amateur-Astrofotografie führen heute zu einer Vielzahl solcher Zirrus-Aufnahmen, und das nicht nur bei der Belichtung von M 81/82. Gerne wird dabei vergessen, wie anspruchsvoll die Erstellung einer solche Aufnahme ist. Das Signal des extrem schwachen galaktischen Zirrus bewegt sich im Helligkeitsbereich des Himmelshintergrunds und des Detektorrauschens. Daraus kann man einige Bedingungen ableiten, die eingehalten werden müssen, um den Zirrus erfolgreich zu fotografieren.

Zum einen ist der Standort wichtig. So ist ein guter Alpenhimmel dem durchschnittlichen Landhimmel in Deutschland bei der Belichtung vorzuziehen. Die Himmelshelligkeit ist zuallererst der limitierende Faktor bei der Fotografie solch extrem lichtschwacher Objekte, denn ein aufgehellter Himmel erhöht die notwendige Belichtungszeit deutlich. Der zweite entscheidende Faktor ist die Kalibrierung der Aufnahmedaten. Das passende Flatfield ist ganz entscheidend, aber auch Dark-Aufnahmen sollten angefertigt werden, wir empfehlen dies auch bei der Nutzung der heute weitverbreiteten DSLR-Kameras.

Zu der vorliegenden Aufnahme kann man dem Bildautor nur gratulieren. Auch wenn nicht alle oben aufgeführten Punkte zu hundert Prozent erfüllt sind, ist es erstaunlich, was ihm da gelungen ist.

Kommentar zum Bild: Frank Sackenheim, Dr. Stefan Binnewies

Koordinaten von M 81 (J2000.0):
RA = 09 h 55 min 33 s, DEK = +69° 03´ 55´´

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