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19. Woche - Messier 101 und ihre HII-Regionen

| Astrofoto der Woche

Die Face-on-Galaxie Messier 101 im Sternbild Ursa Major zählt zu den am häufigsten beobachteten und fotografierten Galaxien. Im heutigen Astrofoto der Woche zeigt Heiko Hillenbrand, Mitglied der VdS-Fachgruppe Astrofotografie, was ihn an dieser Galaxie fasziniert. Die Aufnahmeserie zum AdW entstand vom 06.08.22 bis zum 11.08.2022. Aufnahmeort war Großbardorf in Nordbayern (ca. 40 km südöstlich der Wasserkuppe/Rhön). Zum Einsatz kam ein 10-Zoll-Reflektor LX850 von Meade, dessen Originalbrennweite f = 2032 mm mit einem 0,62-fachen Optec Lepus Reducer auf f = 1250 mm verkürzt wurde. Das Teleskop ist auf einer parallaktischen Skywatcher-Montierung des Typs EQ6-R Pro montiert, diese steht auf einer Betonsäule in Heiko Hillenbrands Gartensternwarte. Im o.g. Zeitraum wurde M 101 insgesamt 19 Stunden belichtet, im 2x2-Binningmodus. Kamera war eine ZWO ASI1600MM COOL mit den Filtern L, R, G, B, Hα - auch von ZWO. Im Einzelnen waren das: 78 x 180 s (L), 46 x 180 s (R und G), 45 x 180 s (B), 50 x 600 s (Hα). Weitere Details zur Bildgewinnung beschreibt der Bildautor: "Ich habe die Software N.I.N.A für alle Belange der Bildgewinnung genutzt. Auch das Erstellen der Flats wurde damit bewerkstelligt. Ich habe hierfür ein selbstgebautes Arduino-Flatpanel benutzt, welches ich über USB in der Helligkeit regeln kann. Nachgeführt wurde mit einem Leitrohr von 240 mm Brennweite und einer ZWO ASI290MM unter Verwendung von PHD2. Die Bildbearbeitung wurde mit PixInsight durchgeführt, für die Farbkalibrierung habe ich den Prozess "Photospectrometric Colorcalibration" verwendet. Das LRGB-Bild wurde mit den Hα-Aufnahmen kombiniert."

Zur Bildwiedergabe: M 101 ist uns allen mit ihrem Anblick so vertraut, dass sie hier im AdW zur besseren Übersicht der beschriebenen Details als Hochformat gezeigt werden soll. Damit ist das 28,1' x 36,3' große Bildfeld regulär orientiert: Norden oben und Osten links.

Das AdW zeigt M 101 (= NGC 5457) als Spirale des Typs SAB(rs)cd nach dem "Third Reference Catalogue of bright Galaxies" (de Vaucouleurs et al., 1991). Jedoch erkennt man bei genauerem Hinsehen sofort, dass der Armverlauf nach Nordosten hin stark aufgelockert erscheint, ein Arm erscheint sogar geknickt. Diese Störung ist auf die gravitative Wechselwirkung mit verschiedenen kleinen Nachbargalaxien zurückzuführen. M 101 ist nämlich das Zentrum einer kleinen Gruppe von Galaxien - der M101-Gruppe. Insbesondere stören die beiden Begleitgalaxien NGC 5474 (ca. 45' ostsüdöstlich von M 101 außerhalb des Bildfelds), eine ebenfalls stark verformte Spiralgalaxie, sowie die irreguläre Zwerggalaxie NGC 5477 (ca. 21' nordöstlich von M 101, ebenfalls außerhalb des Bildes). Die Entfernung von M 101 differiert sehr stark in der Fachwelt. Ein Wert von 7,4 Mpc liegt im Mittelfeld und scheint sinnvoll zu sein.

M 101 besitzt, getriggert durch die bereits erwähnte Wechselwirkung mit den Nachbarn, eine stark erhöhte Sternentstehungsrate. Dies wirkt sich so aus: (a) die Spiralarme zeigen eine verstärkte blaue Färbung, (b) in oder an den Spiralarmen haben sich zahlreiche helle blaue Knoten gebildet - neue Sternassoziationen. Das sind Ansammlungen sehr junger heißer Sterne. Da stets Wasserstoff mit diesen jungen Sternen in Verbindung steht, bilden sich um die Assoziationen herum zwangsläufig auch HII-Regionen. Sie sind im Zusatzbild 1 mit gelben Kreisen und ihren Katalognamen markiert. Die hellsten Objekte tragen NGC-Nummern, sie sind sogar visuell leicht beobachtbar. Unter ihnen zählt beispielsweise NGC 5455 zu den "Giant HII regions". Im Bild misst diese HII-Region 28 px Ausdehnung, sprich ~1000 pc für eine angenommene Entfernung von 7,4 Mpc. NGC 5447+5450 ist sogar noch bedeutend größer und besteht aus mehreren Teilstücken. Die etwas "exotischen" Namen beziehen sich übrigens auf die Initialen der Autoren folgender Untersuchungen:

- Hodge P.W., Gurwell M., Goldader J.D., Kennicutt R.C.: The HII regions of M 101. I. An atlas of 1264 emission regions; Astrophys. J. Suppl. Ser. 73, 661-670 (1990)

- Scowen P.A., Dufour R.J., Hester J.J.: The H II regions of the galaxy M 101; Astron. J. 104, 92-110 (1992)

Dem Betrachter stellt sich auch sofort die Frage: Wie kommt es, dass die HII-Regionen derart blass sind? Hat die Hα-Filterung einen Nutzen gebracht? Dazu die folgende Erklärung: Sternentstehung ist nicht nur an Wasserstoff gekoppelt. Um die Sternmassen überhaupt zu generieren, sind Staub und Molekülwolken in genügender Menge entscheidend. Ist eine Gruppe junger blauer O- oder B-Sterne entstanden, so stecken sie noch im Staub, aus dem sie entstanden sind. Der Staub streut das Licht der innen steckenden blauen Sterne, so dass der umgebende Nebel blau herauskommt. Außerdem sind die genannten Spektraltypen O und B so energiereich, dass auch die [OIII]-Emission angeregt wird. Fazit: Junge HII-Regionen im Alter von nur wenigen Mio. Jahren wirken blau!!! Erst wenn der Staub im Laufe der Zeit durch die Sternwinde nach außen weggedrückt wird und die enthaltene Sternengruppe freigelegt ist, kann deren kräftige UV-Strahlung das verbliebene Gas anregen und ionisieren, so dass mit zunehmendem Alter das Balmer-Spektrum mit der roten Hα-Linie als stärkster mehr und mehr zur Geltung kommt. Insofern konnte die Hα-Filterung hier im AdW nur einen kleinen "Rotbeitrag" als Rosa zur Nebelfarbe liefern. Aber dieses Rosa ist deutlich zu sehen. Es gibt Astrofotografen, die so stark filtern und so lange an den HII-Regionen ihrer Aufnahmen "arbeiten", bis diese deutlich rot erscheinen (weil Hα bekanntlich rot ist und immer rot sein muss ...). Die Realität ist aber physikalisch bedingt, nicht durch die geliebte Ästhetik.

Anmerkungen: Eine kleine Kritik sei erlaubt. Die übers Bild verteilten Sterne hinterlassen bei mir einen leicht unscharfen Eindruck. Dazu bitte jetzt das Zusatzbild 2 anschauen. Es zeigt den Bereich südöstlich von M 101. Die Ausschnittsvergrößerung ist so gewählt, dass man die Sterne in ihrer Form und Flächenausdehnung gut beurteilen kann. Eingezeichnet ist dazu der Winkelabstand eines Doppelsterns von 6,4" Distanz. Daraus lässt sich abschätzen, dass eine Bildauflösung von etwa 3" erreicht wurde. Interessant wäre, welchen FWHM-Wert das Summenbild aufweist (nicht das beste Einzelbild!!!). Nun darf man fragen, woran diese leichte Unschärfe liegt: Fokus nicht genau genug getroffen? Nur mäßiges Seeing? Die Fokusfrage könnte schnell geklärt werden, indem die gesamte Belichtungsreihe untersucht wird, ob es darin auch deutlich schärfere Einzelbilder gibt.

Heiko Hillenbrand vielen Dank vom AdW-Team für die interessante Darstellung von M 101. Dazu unsere herzliche Gratulation zum Astrofoto der Woche.

 

Peter Riepe
Bildautor: Heiko Hillenbrand

 

Koordinaten (J2000.0) von M 101:
RA = 14 h 03 min 12.6 s,  DE = +50° 20' 56"

 

 

 



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