30. Woche - NGC 4051 - eine veränderliche Galaxie

Zur Kalenderwoche 30 gibt es wieder eine Galaxie - diesmal weniger spektakulär, aber wegen ihrer Eigenschaften ein recht interessantes Deep-Sky-Objekt. NGC 4051 im Sternbild Ursa Major hat genau deswegen eine lange Beobachtungstradition bei den Astronomen. Unser Bildautor Gotthard Stuhm ist Mitglied der VdS-Fachgruppe Astrofotografie. Er hat sich NGC 4051 ausgesucht, um aus der Stadt heraus ein möglichst in Zenitnähe gelegenes Ziel zu haben. Sein Teleskop: ein Orion Newton Telescope Carbon (ONTC) vom Teleskop Service  (TS). Der Tubus dieses Teleskops ist aus Kohlefasern gefertigt (Kohlenstoff, engl. carbon), weil das die thermische Ausdehnung zum größten Teil unterdrückt. Das Teleskop hat 300 mm Öffnung und ein Öffnungsverhältnis 1:5,33 (= 1600 mm Brennweite). Die verwendete Montierung ist eine Skywatcher EQ8. Das Autoguiding geschah am Off-Axis-Guider mittels MGEN 2. Als Kamera wurde eine Canon 600D eingesetzt. Belichtet wurde in verschiedenen, von der jeweiligen Himmelsqualität abhängigen Einzelbelichtungen, insgesamt 17 h 20 min. Genauer: Von Ende Mai bis Mitte Juni 2023 wurden in 15 Nächten Photonen in insgesamt ca. 490 Lights mit unterschiedlichen Belichtungsdaten gesammelt, und zwar 15 Bilder mit ISO 100 und zusammen ca. 30 min Belichtungszeit, 125 Bilder mit ISO 200 (zusammen ca. 5 h belichtet), 260 Bilder mit ISO 400 (insgesamt 10 h belichtet), 80 Bilder mit ISO 800 (1,5 h belichtet) und zuletzt noch 10 Bilder mit ISO 1600, je 10 min belichtet. Die Einzelbelichtungszeiten bewegten sich dabei zwischen 30 s und 240 s. Zum Aufnahmeort siehe Anmerkungen. Die Bildbearbeitung erfolgte mit dem bekannten Programm PixInsight. Das Bild zeigt Norden oben und Osten links mit einem Gesichtsfeld von 50,4' x 31,9'.

Nun wieder Infos zum Objekt: NGC 4051 ist eine Galaxie von nur mäßiger Flächenhelligkeit, ihr Typus wird als SABc angegeben. Die in der NASA Extragalactic Database für die letzten 40 Jahre angegebenen Entfernungswerte schwanken sehr stark: von  8,8 Mpc (~ 29 Mio. Lj) bis 17,9 Mpc (~ 58 Mio. Lj). Außerdem wird NGC 4051 als "Seyfert 1"-Typ beschrieben, benannt nach dem Astronomen Carl K. Seyfert. Was ist eine Seyfert-Galaxie? Solche Galaxien weisen im Kerngebiet starke Aktivitäten auf (AGN = active galaxy nucleus). Es gibt AGNs verschiedener Ausprägungen (darunter auch Radiogalaxien, Quasare und BL Lacertae-Objekte), und der Typ Seyfert ist nur eine dieser Untergruppen. Seyfert 1-Galaxien zeigen im Kern schmale Emissionslinien, wie bei den Emissionsnebeln. Die Seyfert 2-Galaxien haben demgegenüber breite Emissionslinien, und zwar nur die "verbotenen" (d.h. in eckigen Klammern geschriebenen), die auf hohe Geschwindigkeiten schließen lassen. In den nicht-aktiven Galaxien besteht der Kern nur aus Sternen der Population II. Das Zentrum von NGC 4051 muss daher über eingeströmtes Gas verfügen, und die Kernaktivität bringt dieses Gas zur Emission. So berichteten P.E. Christopoulou et al. (1997) über einen ca. 1400 Lj großen Gasausfluss, der mittels Schmalband im [OIII]-Licht nachgewiesen werden konnte.

Immer ist bei Emissionen die Frage: Wer liefert eigentlich die dazu nötige Anregungsenergie? Alle aktiven Galaxien des Typs AGN - da sind sich die Astronomen heute einig - besitzen in ihrem Kern ein supermassives Objekt (ein Schwarzes Loch?), welches von einer dichten Akkretionsscheibe umgeben wird. Im AGN wird auch eine starke Röntgenstrahlung erzeugt, das ist schon lange bekannt. Der genaue Mechanismus dazu ist aber noch immer nicht vollständig geklärt, insbesondere nicht die Geometrie dieser Zone. Die Röntgenstrahlung ist auch dafür verantwortlich, dass der Kern im optischen Kontinuum leuchtet. Sowohl die Röntgenstrahlung als auch das kontinuierliche Licht zeigen im Laufe der Zeit starke Schwankungen - das Röntgenlicht die stärksten. Das kontinuierliche Licht ist in allen Spektralbereichen nachweisbar. Die Amplituden (Schwankungshöhe und -tiefe) betragen bei NGC 4051 bis zu 0,42 mag innerhalb von 21 Minuten (Y.H. Zhang et al., 1996).

Zur gezeigten Aufnahme. NGC 4051 misst im AdW 5,4'. Bei einer angenommenen Entfernung von 43 Mio. Lj käme sie also auf 66.300 Lj Durchmesser - etwa 30% größer als die Sc-Spirale Messier 33. Das erscheint plausibel. NGC 4051 zeigt im nordöstlichen Außenraum zwei schwächere, von Knoten durchsetzte Spiralarme. Sie verleihen der gesamten Galaxie eine unsymmetrische Gestalt. Dennoch ist NGC 4051 nicht im Arp-Katalog der "pekuliären Galaxien" vertreten. Man sagt hier im westfälischen Raum (P.R.): "Von nix kommt nix". Daher darf man sich ruhig einmal Gedanken darüber machen, ob es in der Umgebung von NGC 4051 nicht doch einen Verursacher für diese Unsymmetrie geben könnte - vielleicht eine sehr lichtschwache Zwerggalaxie, die mit NGC 4051 wechselwirkt? Allerdings steht NGC 4051 in einem (scheinbar) relativ leeren Umfeld. Die nächste Nachbarin ist die 4,5' lange edge-on-Spirale NGC 4013 etwa 1°10' südwestlich (außerhalb des Bildes), die zweitnächste ist NGC 3938, eine 5' große face-on-Spirale mit offensichtlicher "multiple arm structure" etwa 1°50' westlich. Etliche Astronomen sprechen einschließlich weiterer entfernter Mitglieder von der NGC 4051-Gruppe. Der bekannte Astrophysiker R. Brent Tully (et al.) veröffentlichten 1996 eine andere Auffassung: "The Ursa Major Cluster of Galaxies. I. Cluster Definition and Photometric Data", Astronom. J. 112, p. 2471. Wenn NGC 4051 tatsächlich in einem Galaxienhaufen (Ursa Major Cluster) liegt, dann ist er recht dünn besiedelt.

Anmerkungen: Das recht unscheinbare Galaxienfeld in dieser langen Belichtungszeit aufzunehmen und die Geduld aufzubringen, auch noch belichtungstechnisch stark zu variieren, erfordert schon einige Geduld. Dazu kommt, dass der Aufnahmeort Flensburg (ich füge hinzu: der Innenstadtbereich!) mit seiner ostseenahen Witterung kein astrofotografisches Vorzugsgebiet ist. Umso mehr ist der Bildautor für seine Ausdauer zu loben. Das Zusatzbild beweist: der Unterschied zwischen 30-cm-Teleskop und 2,5-m-Teleskop der Sloan Foundation fällt nicht so gravierend aus, wie man es eigentlich erwartet. Und was noch von Interesse sein dürfte: Die stellare Grenzgröße, ein Maß für die erreichte Tiefe der Aufnahme, kommt nach SDSS-Auswertung auf V = 21,6 mag. Der Aufwand hat sich gelohnt. Hebt man die Helligkeit und den Kontrast im Bild deutlich an (so etwas muss man ja machen, um die eventuellen Unzulänglichkeiten zu erkennen ...), dann sieht man allerdings: Die Grenzen sind doch schon erreicht.

Gotthard Stuhm einen herzlichen Dank für das aufnahmetechnisch aufwändige Astrofoto, dazu die Gratulation des gesamten AdW-Teams zum Astrofoto der Woche.

Peter Riepe
Bildautor: Gotthard Stuhm

Koordinaten (J2000.0) von NGC 4051:
RA = 12 h 03 min 09,6 s, Dec = +44° 31' 53"

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