Bereits Kunde? Jetzt einloggen.
Lesezeit ca. 9 Min.

Junge Planetarische Nebel im Schwan


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 8/2020 vom 10.07.2020

Von der Großstadt aus lassen sich nur helle Himmelsobjekte beobachten. Neben Sonne, Mond, Planeten und vielleicht noch ein paar Sternhaufen, gibt es eine sehr interessante und weniger bekannte kosmische Attraktion, die wir Ihnen hier vorstellen möchten: junge Planetarische Nebel. Bei ihrer Fotografie besteht die große Herausforderung darin, eine besonders hohe Auflösung und Bilddynamik zu erreichen.


Mitten in Hamburg wohnt der Erstautor dieses Beitrags und teilt damit das Leid vieler SuW-Leser hinsichtlich einer Heimsternwarte: Sie ist zwar bequem zu nutzen, aber Nachbarhäuser versperren den freien ...

Artikelbild für den Artikel "Junge Planetarische Nebel im Schwan" aus der Ausgabe 8/2020 von Sterne und Weltraum. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 8/2020

Weiterlesen
epaper-Einzelheft 5,99€
NEWS 14 Tage gratis testen
Bereits gekauft?Anmelden & Lesen
Leseprobe: Abdruck mit freundlicher Genehmigung von Sterne und Weltraum. Alle Rechte vorbehalten.

Mehr aus dieser Ausgabe

Titelbild der Ausgabe 8/2020 von LESERBRIEFE: Sternenstaub auf dem Dach: Mikrometeoriten. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
LESERBRIEFE: Sternenstaub auf dem Dach: Mikrometeoriten
Titelbild der Ausgabe 8/2020 von Verräterisches Wärmebild. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Verräterisches Wärmebild
Titelbild der Ausgabe 8/2020 von Eine ultrahelle Röntgenquelle bei den Magellanschen Wolken. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Eine ultrahelle Röntgenquelle bei den Magellanschen Wolken
Titelbild der Ausgabe 8/2020 von Besseres Aufspüren von Gravitationswellen. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Besseres Aufspüren von Gravitationswellen
Titelbild der Ausgabe 8/2020 von Der uns nächste Braune Zwerg mit Scheibe. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Der uns nächste Braune Zwerg mit Scheibe
Titelbild der Ausgabe 8/2020 von So findet man die junge zweite Erde. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
So findet man die junge zweite Erde
Vorheriger Artikel
Zeit der Nachtwandler
aus dieser Ausgabe
Nächster Artikel StörDie Venus - mal anders
aus dieser Ausgabe

... Blick, und Teile des Himmels sind durch Lichtquellen stärker aufgehellt als andere. Die Lichtverschmutzung ist nicht nur beträchtlich, sondern auch noch sehr ungleichmäßig am Himmel verteilt.

Solche Umstände führen dazu, dass der Schwerpunkt eines Projekts zur Beobachtung und zur Astrofotografie nur auf hellen und kompakten Objekten liegen kann. Diese sind auch unter einem aufgehellten Himmel noch gut zu sehen, und es genügt, sie kurz zu belichten. So lassen sich die geeigneteren Himmelsabschnitte vom Balkon aus besser nutzen. Außerdem tragen besonders kurze Belichtungszeiten, neben einer stabilen Montierung mit gut laufender Nachführung und genauem Fokussieren, ganz entscheidend dazu bei, eine hohe Bildauflösung zu erzielen. Genau darauf kommt es an, wenn man sich den jüngsten und daher kompaktesten Planetarischen Nebeln (abgekürzt PN) fotografisch nähern will, denn ihre Durchmesser liegen nur zwischen 10 und 20 Bogensekunden. Eine detaillierte Beschreibung der Aufnahmetechnik dieses Kurzbelichtungsverfahrens hatten wir bereits vorgestellt (siehe SuW 2/2020, S. 72).

Planetarische Nebel
Junge Planetarische Nebel stellen aus der Sicht des Stellarphysikers einen flüchtigen Moment nach dem Sternentod dar. Beim Begriff Sternentod denkt man unwillkürlich an eine Supernova. Aber die allermeisten Sterne scheiden viel weniger spektakulär dahin: Sterne wie unsere Sonne sterben als Rote Riesen einfach daran, dass ihnen der Brennstoff ausgeht. Über dem schon länger ausgebrannten, sehr stark verdichteten und heißen Kern eines Roten Riesens brennen zunächst noch Wasserstoff und Helium in zwei aufeinanderfolgenden Schalen. Diese »ernähren sich« von der ausgedehnten, konvektiven und wasserstoffreichen Hülle des Riesen über ihnen. Das geht allerdings nicht lange gut, weil die Hülle ihrerseits stetig Masse nach außen verliert. Der Grund ist die geringe Schwerebeschleunigung, die zur Abgabe eines »kühlen Sternwinds« führt.

Das Sommersternbild Schwan bietet gleich drei kompakte Planetarische Nebel an, die wir in diesem Beitrag vorstellen wollen: NGC 7027 (links), NGC 6826 (rechts oben) sowie »Campbell’s Hydrogen Star« (rechts unten). Dieses Leserbild soll Ihnen beim Auffinden der Objekte am Himmel helfen.


Peter Janke

Dieser Planetarische Nebel ist so jung und kompakt, dass er selbst bei guter Bildauflösung noch mit seinem frischgebackenen Zentralstern »verschmilzt«. Darauf bezieht sich auch sein Name »Campbell’s Hydrogen Star«, übersetzt: Campbells Wasserstoff- Stern. Insgesamt 1800 Bilder von je einer Sekunde Belichtungszeit wurden hier mit einem Teleskop des Typs Celestron C11 EdgeHD bei f/10 gewonnen und aufaddiert.


Peter Bresseler

Dabei wird der Rote Riese leichter und kühler. Das ermöglicht die Bildung von Staub, welche bei relativ niedrigen Temperaturen von etwa 1500 Grad Celsius einsetzt. Dieser Vorgang verstärkt nun den Massenverlust zu einem »Superwind«, der allein in den letzten etwa 30 000 Jahren rund ein Drittel der Sternmasse langsam, nämlich mit rund zehn Kilometern pro Sekunde, in die zirkumstellare Umgebung pustet. Die Staubpartikel sind besonders effektiv darin, das viele Licht des Roten Riesen abzufangen und so wie kleine Segelchen nach außen zu driften. Eine kühle, nur etwa 1000 Grad Celsius warme und staubreiche Hülle bildet sich um den Riesenstern. Astronomen können sie ausschließlich im fernen Infrarot nachweisen.

Und dann kommt der Moment, in dem der heiße Kern freigelegt wird. Auch wenn er jetzt keine Energie mehr produzieren kann - das Schalenbrennen hat ja nun ebenfalls aufgehört -, so ist dieser ehemalige Sternkern und frischgebackene Zentralstern immer noch extrem heiß. Seine intensive ultraviolette Strahlung und ein dünner, aber schneller und heißer Gaswind drängen jetzt plötzlich von innen in die kühle Hülle. Sie erzeugen eine zunächst sehr kleine und helle, später immer größer werdende und weniger hell strahlende Gasblase mit einer Temperatur von etwa 10 000 Grad Celsius - den visuell so schön anzusehenden Planetarischen Nebel. Er dehnt sich typischerweise mit 25 bis 40 Kilometern pro Sekunde aus. Nach spätestens 20 000 Jahren wird er so groß, dass die Strahlungsanregung versagt und sich das Objekt optisch und physisch auflöst.

Ein junger Planetarischer Nebel wie NGC 7027 ist dagegen sehr kompakt und sehr flächenhell (siehe Bild unten). Im Teleskop muss man ihn schon besonders stark vergrößern, um ihn von einem Stern unterscheiden zu können. Diese frühen Nebelstadien erinnern noch am ehesten an ein blasses Planetenscheibchen, was historisch zu dem Namen der »Planetarischen « Nebel führte. Mit Planeten haben sie jedoch gar nichts zu tun. Vielmehr blicken wir auf einen Moment der Sternentwicklung, der sich nur einige hundert Jahre nach dem Tod eines Roten Riesen ereignet. Auf astrophysikalischen Zeitskalen ist dies ein Bruchteil eines Sternenlebens. Und das macht diese Beobachtungsziele einer Balkonsternwarte so besonders spannend.

Geeignete Objekte am Sommerhimmel

Gerade junge, kompakte Planetarische Nebel eignen sich für die urbane Beobachtung sehr gut, weil sie über eine hohe Flächenhelligkeit verfügen. So bleibt die gesamte Belichtungszeit, welche sich ja aus über 1000 sehr kurzen Einzelbelichtungen zusammensetzt, in einem überschaubaren Rahmen von einer bis maximal drei Stunden, wobei die Aufnahmearbeit jederzeit unterbrochen und in einer weiteren Nacht fortgesetzt werden kann.

Die hier präsentierte Auswahl hat einen Fokus auf solche Planetarische Nebel, welche selten von Amateuren aufgesucht werden und für den ambitionierten Beobachter schon eine gewisse Herausforderung darstellen. Diese Kriterien werden am Sommerhimmel von den Planetarischen Nebeln »Campbell’s Hydrogen Star«, NGC 7027 sowie NGC 6826 erfüllt - alle zu finden im Sternbild Schwan (siehe Bild S. 66). Wie man sich NGC 7027 auch rein visuell sehr detailliert annähern kann, dazu lesen Sie bitte den Beitrag auf S. 64 in »Objekte des Monats

Die Klassiker unten den Planetarischen Nebeln am Sommerhimmel wie zum Beispiel Messier 57 oder Messier 27, sind gleichermaßen interessant. Technologische Verbesserungen und Neuerungen in der Kameratechnik, spezielle Filter und die Computerbildverarbeitung machen heutzutage auch unter einem Stadthimmel Strukturen in diesen Objekten sichtbar, welche vor Jahren unerreichbar schienen. Derart eindrucksvolle Fotografien zieren fast jede Ausgabe dieser und anderer Fachzeitschriften. Hier wollen wir uns stattdessen auf die jüngsten und kompaktesten Planetarischen Nebel beschränken.

Die große Herausforderung bei Campbell’s Hydrogen Star (siehe Bild oben) und bei NGC 7027 (siehe Bild unten) stellt ihre Kompaktheit dar, das heißt, ihre geringe Winkelgröße. Um dabei noch Details herauszuarbeiten und Strukturen erkennbar werden zu lassen, bedarf es einer besonders hohen Schärfelleistung der Fotografie, welche die Auflösung der Optik möglichst voll ausnutzt. Eine Nacht mit sehr ruhiger Luft, eine genaue Fokussierung und viel Fingerspitzengefühl sind erste Voraussetzungen dafür. Den Zentralstern von Campbell’s Hydrogen Star mit einfachen Mitteln sichtbar zu machen, ist noch nicht vielen Amateuren geglück

Auch NGC 7027 ist extrem jung und kompakt, lässt aber schon etwas mehr Detailauflösung erkennen. Dazu wurden an einem C11 EdgeHD bei f/10 insgesamt 3600 Einzelbilder von je einer halben Sekunde Belichtungszeit erstellt und summiert.


Peter Bresseler

Peter Bresseler

Peter Bresseler

Der Zentralstern des etwas größeren Planetarischen Nebels NGC 6826 ist dagegen schon ein leichteres Unterfangen. NGC 6826 ist auch als »Blinking Planetary« bekannt, da dieser mit seinem hellen Zentralstern beim Beobachten im Teleskop zu blinken scheint, was jedoch vom Hin- und Herspringen zwischen direktem und indirektem Sehen herrührt. Bei diesem Nebel besteht die Herausforderung eher darin, seinen schwachen Halo fotografisch abzubilden (siehe Bilder oben). Visuell ist er mit Amateurteleskopen nämlich nicht so ohne Weiteres erreichbar.

Tipps zur Aufnahmetechnik
Deep-Sky-Objekte so aufzunehmen, dass sie möglichst authentisch erscheinen - also in ihrem natürlichen, unverfälschten Farbspektrum mit einer Vielzahl wahrnehmbarer Details -, ist unser anspruchsvolles astrofotografisches Ziel. Feine Strukturen und Einzelheiten des Objekts gehen bei der herkömmlichen Vorgehensweise mit Belichtungszeiten von Einzelaufnahmen, die im Minutenbereich liegen, oft unter. Sie lassen sich dann auch mit ausgefeilter Bildverarbeitungssoftware nicht mehr herausarbeiten, weil es einfach an der erforderlichen Bildtiefe fehlt. Deshalb bietet sich hier das Kurzbelichtungsverfahren an, welches dank einer großen Anzahl von kurzen Einzelbelichtungen einerseits die Überbelichtung besonders heller Zentralbereiche vermeidet und andererseits einen großen dynamischen Bereich des Objekts erfasst.

Mit dem Kurzbelichtungsverfahren wird zudem das Ziel verfolgt, möglichst durch Luftunruhe (englisch: Seeing) limitierte und damit hochaufgelöste Einzelaufnahmen zu gewinnen, um so den Informationsgehalt beziehungsweise die Detailfülle zu maximieren. Das Kurzbelichtungsverfahren orientiert sich also an der Strategie des Lucky-Imaging-Verfahrens (siehe SuW 3/2012, S. 82), welches sich im Amateurbereich primär bei der Gewinnung von Mond- und Planetenaufnahmen sehr gut etabliert hat. Naturgemäß ist die Belichtungszeit jeder Einzelaufnahme hier (dann im Sekundenbereich, siehe unten) etwas länger als am Mond, jedoch bleibt sie kürzer, als die einer klassischen Belichtung im Minutenbereich.

Der Aufnahmevorgang orientiert sich an folgendem Muster: Zunächst wird das Objekt beziehungsweise der Planetarische Nebel aufgesucht, auf dem Sensor zentriert und die Belichtungszeit zwischen ein und fünf Sekunden in der Aufnahmesoftware eingestellt. Die so gewonnenen Testaufnahmen und -serien geben zunächst Aufschluss über die aktuellen Seeing-Bedingungen sowie über die Objektablichtung im Verhältnis zum Hintergrund. Zeigen sich innerhalb dieser kurzen Einzelbelichtungen schon Umrisse und Details des avisierten Objekts im Live- Anblick am Monitor, dann lässt sich die erforderliche Gesamtbelichtungszeit recht zuverlässig eingrenzen und die Anzahl der Aufnahmeserie planen.

Ist zum Beispiel das Objekt bereits mit nur einer Sekunde Belichtungszeit dezent erkennbar, kann diese Belichtungszeit beibehalten werden. Bei gutem Seeing lässt sie sich sogar noch weiter reduzieren, beispielsweise auf rund 500 Millisekunden. Ziel ist es grundsätzlich, dass das Objekt mit seinem Signal ausreichend über dem Himmelshintergrund und dem Bildrauschen liegt und sich somit vom Bildhintergrund gut abhebt. Nun wird die Belichtung gestartet, indem man die Kamera Teilserien dieser kurz belichteten Einzelbilder aufnehmen lässt. Für die Kamerasteuerung hat sich die Software Fire- Capture oder SharpCap bewährt.

Für die anschließende Bildverarbeitung wird eine weitere Software benötigt, welche alle Einzelbilder zu einem zentrierten Summenbild aufaddiert. Auto- Stakkert! leistet hier eine hervorragende Arbeit und speichert die Ergebnisse als FIT- oder TIF-Dateien ab. Einzelbilder in Momenten sehr guter Seeing-Bedingungen können softwaretechnisch heraussortiert und zu einem besonders gut aufgelösten Bild zusammengefügt werden. Im Idealfall entspricht das Ergebnis dann dem theoretischen Auflösungsvermögen des Aufnahmeteleskops.

FireCapture, SharpCap oder AutoStakkert! sind kostenlose Programme, die von engagierten Amateurastronomen für Amateure entwickelt wurden und sich sehr gut für diese Zwecke eignen.

Technische Ausrüstung

Um Details innerhalb kleiner Objekte gut aufgelöst darzustellen, bedarf es des Einsatzes langer Brennweiten. Die hier wiedergegebenen Fotografien des Erstautors von Campbell’s Hydrogen Star und NGC 7027 wurden daher mit seinem Teleskop vom Typ Celestron C11 Edge High Definition (HD) mit vollen 2,8 Meter Brennweite erstellt. Dabei handelt es sich um ein handliches Instrument mit gutem Preis-Leistungs-Verhältnis in kompakter Bauweise - ein korrigierter Aplanatic-Flatfield- Cassegrain-Spiegel mit geebnetem Bildfeld. Die Öffnung beträgt 280 Millimeter mit einem Öffnungsverhältnis von f/10; das Gewicht liegt bei zirka 13 Kilogramm. Die Auflösung wird vom Hersteller Celestron mit 0,41 Bogensekunden angegeben. Die von Peter Bresseler hierbei verwendete Montierung, eine Skywatcher NEQ6 Pro, ist per PC ansteuerbar und trägt das 13 Kilogramm schwere C11 EdgeHD sehr sicher.

Die Aufnahme von NGC 6826 wurde dagegen mit einem Celestron RASA C11 gewonnen. Dies ist ein lichtstarker Astrograf mit einem Öffnungsverhältnis von f/2,2. Das Gewicht des RASA C11 von 22 Kilogramm übersteigt zwar die vom Hersteller empfohlene Maximalbelastung der Montierung von 20 Kilogramm um zehn Prozent. Dies ist aber kein Hindernis, denn das Kurzbelichtungsverfahren reduziert den technischen Aufwand und somit auch die mechanischen Anforderungen. Eine High-End-Montierung mit aufwändiger Autoguider-Technik zur genauen Nachführung des Teleskops ist nur bei längeren Einzelbelichtungen erforderlich, welche wir ja aus den oben genannten guten Gründen vermeiden. Vermeintlich einfachere Montierungen sind damit ebenso gut einsetzbar.

Hinsichtlich der Kamera sei angemerkt, dass Astrokameras mit CMOSBilddetektor (englisch: Complementary Metal Oxide Semiconductor) der neuesten Generation eine besondere Eignung besitzen, weil deren Lichtempfindlichkeit sehr hoch ist. Dank optimierter elektronischer Ausleseverfahren und einer Kühlung können ambitionierte Hobby- und Amateurastronomen sehr rauscharme Aufnahmen erstellen.

Die vom Erstautor verwendete CMOSAstrokamera ist eine Farbkamera mit der Typenbezeichnung ASI 294mc Pro des Herstellers ZWO. Sie brilliert mit guten Leistungsdaten und ist beim Kurzbelichtungsverfahren einfach handzuhaben. Der Sony-Sensor IMX294 der ASI 294mc Pro ist ein 4/3-Zoll-Sensor mit einer sensitiven Fläche von 19,1  13 Millimetern. Er besitzt eine Auflösung von 4144  2822 Pixeln bei einer Pixelgröße von 4,63 Mikrometern. Die Hardware der ZWO ASI 294MC Pro besitzt einen USB2- und einen USB3- Port sowie ein zweistufiges Kühlungssystem. Sie erreicht damit bis zu 40 Grad Celsius unterhalb der Umgebungstemperatur. Die Kamera liest den Sensor mit seinen 4144  2822 Pixeln bis zu 19-mal pro Sekunde aus. Dank der hohen Ausleseund Übertragungsrate und ihrer großen Empfindlichkeit eignet sich diese Kamera hervorragend für Aufnahmen von kompakten Planetarischen Nebeln und vergleichbaren Objekten.


Astrokameras mit neuen CMOS-Bilddetektoren eignen sich gut, weil deren Lichtempfindlichkeit sehr hoch ist.


Bescheiden bleiben
Nicht immer gelingt es, Details innerhalb solch winziger Objekte sichtbar werden zu lassen - trotz aller Mühe sowie der ausgefeilten Kurzbelichtungsmethode und ausgefeilter Bildverarbeitung. Man kann natürlich auf die Nacht mit dem idealen Seeing warten, oder man gibt sich bescheiden: Es bleibt einem ja der Trost, ein exotisches und anspruchsvolles Objekt immerhin als Farbklecks nachgewiesen zu haben.

PETER BRESSELER studierte Informatik in Lüneburg. Seit 1998 ist er Mitglied der Vereinigung der Sternfreunde e. V., hält Fachvorträge und veröffentlicht im »VdSJournal « sowie in »Sterne und Weltraum« regelmäßig Beiträge aus dem Bereich der Astrofotografie und Astrotechnik. Aktuelle Ergebnisse werden regelmäßig auf seiner Webseite pixlimit.com dokumentiert.


KLAUS-PETER SCHRÖDER ist Professor für Astrophysik an der Universität Guanajuato in Zentralmexiko. Als Student beobachtete er über viele Jahre hinweg regelmäßig mit dem eigenen Teleskop; heute sind die stellare und solare Aktivität seine Forschungsschwerpunkte.


Literaturhinweise

Bresseler, P.: Deep-Sky-Objekte kurz belichtet. Sterne und Weltraum 2/2020, S. 72 - 77 Dosche, C.: Lucky Imaging für alle Lebenslagen. Hochaufgelöste Deep- Sky-Aufnahmen mit EMCCD-Kameras. Sterne und Weltraum 3/2012, S. 82 - 89