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Naturwissenschaftlicher Verein Osnabrück:

Nordamerikanebel (NGC 7000)

(Bericht von Dr. Burkhard Lührmann, Januar 2020)

Über den WestHavelländer AstroTreff (WHAT), der für unsere Astronomische Arbeitsgemeinschaft des Naturwissenschaftlichen Vereins Osnabrück (NVO) immer einer der Höhepunkte des Jahres bedeutet, wurde bereits im September 2019 berichtet. Das Problem bei der Beobachtung von Deep Sky-Objekten auf Teleskoptreffen liegt darin, dass der potentielle Beobachtungszeitraum vorher festgelegt wird und man nicht weiß, ob das Wetter in den Nächten mitmacht.



So dachte ich mir, dieses Mal auf dem 9. WHAT kein allzu kompliziertes Objekt aufs Korn zu nehmen. D.h. es sollte während der astronomischen Dunkelheit durch den Meridian laufen, weit über dem Horizont stehen und für fotografische Verhältnisse relativ hell und groß sein. Meine Wahl fiel auf NGC 7000, den Nordamerikanebel.



Obige Abbildung zeigt im Bereich der Milchstraße das leicht zu erkennende Sternbild Schwan (Cygnus). Bei einer Deklination von etwa +45° markiert der Stern Deneb (α Cygni) das Schwanzende des Schwans. Etwas östlich (links) daneben zeichnet sich der rötliche Nordamerikanebel bereits ab. Das Bild ist unter PixInsight und Photoshop als Mosaikausschnitt aus neun Bildern entstanden, die wiederum jeweils aus etwa 100x1 Minute Belichtungszeit gewonnen wurden. Als Aufnahmeausrüstung dienten dazu eine EOS 7D mit Zeiss-Objektiv Makro-Planar T* 2/50mm ZE auf der Reisemontierung Polarie. Die hier gezeigte starke Verkleinerung, welche als Ganzes astrometrisch vermessen ist, lässt sich stark vergrößern. Schauen wird uns den oberen Bereich des Schwans genauer an:



Im Bereich des Zentralsterns Sadr (γ Cygni), wo sich die Rumpf- mit der Flügelachse kreuzt, befindet sich der Schmetterlingsnebel, über den ich anlässlich des 34. ITTs auf der Emberger Alm berichtete. Folgt man dem südlichen Flügel über den Stern Gienah, erreichen wir den ringförmigen Cirrusnebel. Kommen wir aber auf den Nordamerikanebel zurück, der sich links von Deneb dominant absetzt. Seinen Namen erhielt der Nebel aufgrund seiner Form, die an eine Landkarte des nordamerikanischen Kontinents erinnert. Am Himmel ist der Nebel mit 100 mal 120 Bogenminuten sehr ausgedehnt (der Vollmond hat einen Durchmesser von ca. 30 Bogenminuten). Deshalb kommt die CCD-Kamera Moravian G3-16200 auf dem WHAT erstmals an dem 4-linsigen Refraktor Takahashi FSQ-85ED mit 2,5 Zoll Feather Touch-Auszug zum Einsatz. Die Nachführung geschieht auf einer 10-Micron Montierung GM 2000 QCI.



Im Hochformat wird bei 450 mm Brennweite eine Fotofeldhöhe von 3,5° mit einer theoretischen Pixelauflösung von 2,8“ erreicht. Mithilfe der LRGB-Filter der Astrodon Gen 2 E-Series entstehen in der Nacht vom 30.08. auf den 31.08.2019 Bildkomponenten, deren Komposit in der folgenden Abbildung zu sehen ist.



Hierzu gehören für die Farbkanäle R, G, B jeweils 8 Subframes mit 180s Belichtungszeit. Die Luminanz-Komponente vereinigt 12 Belichtungen zu je 180s. Die Sensortemperatur der Kamera beträgt -25°C. Tiefere Temperaturen sind aufgrund der sehr warmen Nächte nicht möglich.
Als zusätzliche Bildinformation kommen mit dem Astrodon Narrowband H-alpha 3nm noch 12 Subframes mit jeweils 360s Belichtungszeit hinzu.



Der in PixInsight übliche weitere Verarbeitungsweg sieht die Einmischung des H-alpha-Bildes in den Rotkanal vor, um die Emissionslinie bei 656,3 nm zu betonen. Mithilfe von Sternmasken und morphologischer Erodierung wird verhindert, dass die Sternfarben im LRGB-Bild farblich verfälscht werden. Das folgende Endergebnis entsteht.



Diese finale Bearbeitung enthält neben Bias, Darks und Flats insgesamt 3 Stunden Belichtungszeit.

Auch wenn NGC 7000 ein deutlich roter Emissionsnebel ist, erscheint mir die Farbe etwas zu überbetont. Die leicht blau-violetten Tönungen im LRGB-Bild sind verschwunden. Eine zusätzliche Hinzumischung im Blaukanal, der die H-beta-Emission simulieren soll, erbringt auch keine Verbesserung, weil sich so höchstens der komplette Nebel violett verfärbt. Das mit Gaia-Daten photometrisch kalibrierte LRGB-Bild zeigt aber neben dem leicht violetten Nebelzentrum auch Bereiche im Süden und im Kopf des rechts gelegenen Pelikannebels, die nur rot verblieben sind.

In der Ausgabe 9/2019 der Zeitschrift „Sterne und Weltraum“ stellt Frank Sackenheim ein kontrastverstärkendes Bildverarbeitungsverfahren vor, bei dem vom H-alpha-Bild zunächst der in der Helligkeit angepasste Rotkanal abgezogen wird. Dieser Vorgang soll die Subtraktion des Signals eines Schmalbandfilters im Rotkontinuum (z.B. Durchlasslinienbreite 5 nm bei 645 nm) simulieren. Ein solcher Offline-Filter wird vorwiegend in der professionellen Astronomie eingesetzt, um die Kontinuumsstrahlung im Bereich der Linienemission zu eleminieren.
Ich habe dieses Näherungsverfahren in PixInsight nachvollzogen. Leider muss ich aber feststellen, dass das Resultat nicht befriedigend ist. Der Kontrast wird nach der Einarbeitung des modifizierten H-alpha-Bildes in das LRGB-Bild zwar gesteigert, aber gleichzeitig nimmt das Rauschen erheblich zu. Außerdem ist die vorher zusätzlich notwendige Erodierung der Sterne aus dem Rotkanal sehr zeitaufwändig.

Nach vielen Tests habe ich ein anderes Verfahren entdeckt. Der maßgebliche Bearbeitungsschritt erfolgt in Photoshop. Nach Entfernung der Sterne wird das H-alpha-Bild mithilfe der Füllmethode „Ineinander kopieren“ über das LRGB-Bild gelegt. Das Resultat ist hier zu sehen.



Der Luminanz- und Farbkontrast ist in harmonischer Weise verstärkt, ohne die ursprünglichen kalibrierten Farben zu verlieren. Das H-alpha-Signal (Graustufenbild) moduliert gewissermaßen das LRGB-Bild in der Helligkeit. Die dahinter liegende Pixelmathematik ist eine Kombination aus „Multiplizieren“ und „Umgekehrt multiplizieren“:

2*Ha*LRGB                  für LRGB<=0.5
1-2*(1-Ha)*(1-LRGB)   für LRGB>0.5

Ein als Luminanz interpretiertes H-alpha-Bild erreicht dieses Ergebnis nicht.


Der Nordamerikanebel wurde im Jahre 1786 von William Herschel entdeckt und 1891 von Max Wolf erstmals fotografiert. Es handelt sich um eine gewaltige interstellare Gaswolke, die etwa 2.000 Lichtjahre (schwer zu bestimmen) entfernt liegt und sich über einen Bereich von 130 Lichtjahren erstreckt. Sie besteht größtenteils aus Wasserstoff, der zum Teil in ionisierter Form auftritt. Dieses H-II-Gebiet (Protonen-Plasma) wird durch ultraviolettes Licht nahegelegener Sterne zum Leuchten angeregt und emittiert Licht im tiefroten Bereich (H-alpha). Besonders der Bereich um den „Golf von Mexico“ ist sehr deutlich ausgeprägt.



Die ungewöhnlichen Formen dieser auch „The Great Wall“ genannten Region enstehen durch Dunkelnebel, also interstellare Staubwolken, die zwischen dem Beobachter auf der Erde und dem Objekt selbst liegen. Mit dem Weltraumteleskop Spitzer konnte hier eine besonders intensive Beleuchtung durch infrarotes Licht der Wellenlänge von 24 Mikrometern nachgewiesen werden, das besonders die Strahlung von warmem Staub wiederspiegelt. Hier vermuten die Astronomen die für die Anregung verantwortlichen Sterne.
Ferner wurden im Infrarotbereich bislang über 2000 junge Sterne in NGC 7000 ausgemacht, die teilweise noch von Gas- und Staubscheiben umgeben sind. Hier können sich neue Planeten bilden, bevor die übrig gebliebenen Mengen an Gas und Staub durch die Sternwinde herausgeblasen werden.

Eine Besonderheit befindet sich im Vordergrund des Staubnebels im Golf von Mexico: Der Vorhauptreihenstern V2493 (HBC 722).



Es wird spekuliert, dass eine gewaltige Instabilität in der Staubscheibe um diesen jungen Stern sehr große Mengen an Material in kurzer Zeit auf ihn hat herabstürzen lassen. Das Licht des Objekts wird dadurch zehn- bis hundertmal heller. Der mit der Pfeilspitze markierte gelbliche Nebel wird von V2493 verursacht. Vor 2010 ist er nicht zu sehen gewesen. Solche FU Orionis-Ausbrüche genannten Ereignisse (kurz „FUors“) wurden seit 1937 erst bei einem knappen Dutzend Sternen je einmal beobachtet. Sie dauern nur einige Jahrzehnte an. Spannend! Der NVO wird das weiter verfolgen. Bleiben Sie dran!


Rechts vor der Ostküste des Nordamerikanebels liegt IC 5070, dessen Profil einem Pelikan ähnelt. Dieses deshalb auch Pelikannebel genannte Objekt gehört zur gleichen großen Sternbildungsregion wie der Nordamerikanebel. Im sichtbaren Spektralbereich sind sie nur wegen der undurchsichtigen Staubwolken getrennt.



Im Nackenbereich des Pelikankopfes finden sich sehr markante Dunkelstrukturen.



Der weiße Pfeil markiert eine Strukturposition, die vermutlich dadurch entstanden ist, dass hier unsichtbare, massereiche Hindernisse das weitere Vorankommen von emittierendem Wasserstoff nach rechts verhindert haben. Zusätzliche Sternwinde ließen die Form bis zur Ionisationsfront auch seitlich kurvig abdriften.

Durch Umwandlung des Farbbildes in ein Graustufenbild mit anschließender Invertierung können Staubwolken plastischer dargestellt werden.



Wirklich imponierend werden sie bei größerer Auflösung. Der zuvor als dunkler Hintergrund vernachlässigte Bereich unterhalb des Schnabels tritt jetzt deutlich als vorgelagerte Materie (Bildmitte) auf.



Zum Abschluss möchte ich noch einen schmalen Bildausschnitt mit höherer Auflösung präsentieren, der durch den Nordamerikanebel bis zur „Great Wall“ führt.




Literatur/Infos:
Wikipedia: NGC 7000
NASA-Site Astronomy Picture of the Day (APOD): NGC 7000
Spectrum.de: NGC 7000 – Nordamerikanebel
Pressemitteilung der Universität Wien 2014: Ein FUor beim Stern HBC 722




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