Der Pacman-Nebel NGC 281

Bericht von Dr. Burkhard Lührmann, Oktober 2021

Das gute Astronomiewetter Anfang Herbst 2020 gab mir die Chance, neben drei anderen Beobachtungsobjekten (Gamma-Cygni-Komplex mit LBN 234, Mondsichel-Nebel NGC 6888 und Höhlen-Nebel Sh2-155) auch den Emissionsnebel NGC 281 astrofotografisch zu beobachten. Sollte es sich hierbei um ein gefräßiges Weltraumtierchen handeln?

Das folgende Mosaik setzt sich aus sieben Teilbildern zusammen, die jeweils aus etwa 110 einminütigen Belichtungen aufintegriert sind. Die Fotos stammen von einer EOS 7D mit Zeiss-Objektiv Makro-Planar T* 2/50mm ZE auf der Reisemontierung Polarie.



Am unteren Bildrand ist die Andromeda-Galaxie deutlich erkennbar. Das zwischen Andromeda und Cepheus gelegene nördliche Sternbild Cassiopeia ist aufgrund seiner auffälligen Sternekonstellation in Form des Buchstabens W weithin bekannt. Das Gesamtbild ist astrometrisch vermessen und zeigt einen Teil der spätsommerlichen Milchstraße mit einem Öffnungswinkel von etwa 40°. Das weiße Rechteck deutet den beabsichtigten Beobachtungsausschnitt an. Wenn wir weiter auf das Sternbild Cassiopeia zoomen, erhalten wir den folgenden Ausschnitt.



Es erscheinen erheblich mehr Sterne, und weitere Deepsky-Objekte deuten sich an. Das weiße Rechteck unserer Begierde liegt dennoch in einem relativ unauffälligen Umfeld der Milchstraße. Der dort beheimatete rötliche Nebel NGC 281 hebt sich dadurch deutlich vor einem dunklen Hintergrund ab.



Die Bildbreite misst 1,4° und wird auf meiner Balkon-Sternwarte in Hasbergen durch die CCD-Kamera Moravian G3-16200 an dem Refraktor Takahashi TOA-130 mit Flattener FL-67 bei 1000mm Brennweite erreicht. Die theoretische Pixelauflösung beträgt etwa 1,2". Die optische Ausrüstung lässt sich auf einer 10-Micron Montierung GM 2000 QCI ohne Autoguiding nachführen.

Die mithilfe der LRGB-Filter der Astrodon Gen 2 E-Series und dem Astrodon Narrowband H-alpha 3nm aufgenommenen Bildkomponenten entstehen in den vier Nächten vom 19. bis 22.09.2020. Aus 40 Luminanz-, 20 Rot-, 20 Grün- und 20 Blau-Subframes mit jeweils 240s Belichtungszeit und 20 H-alpha-Bildern á 600s ergibt sich eine Gesamtbelichtungszeit von 10 Stunden. Die Sensortemperatur beträgt -25°C. Die H-alpha-Komponente ist dem Rotkanal beigemischt, wobei vorher alle Sterne aus unserer Milchstraße weitgehend morphologisch erodiert worden sind, um die Sternfarben im LRGB-Bild farblich nicht zu verfälschen.

NGC 281 wurde am 16. November 1881 vom US-amerikanischen Astronomen Edward Emerson Barnard entdeckt. Im Index-Katalog ist dieser Emissionsnebel als IC 11 erfasst. Am bekanntesten ist aber seine Bezeichnung Pacman-Nebel (englisch Pacman Nebula), weil er der Körner futternden Spielfigur aus dem gleichnamigen Videospiel ähnelt.



Eine weitere Benennung ist LBN 616 (astronomischer Katalog von Beverly Lynds) oder Ced 3 (Catalog of bright diffuse Galactic nebulae).

Diese HII-Region (Plasma aus ionisiertem atomaren Wasserstoff) liegt etwa 9.500 Lichtjahre von der Erde entfernt und besitzt damit eine Ausdehnung von deutlich über 80 Lichtjahren. Besonders auffällig ist das dunkle südwestliche Viertel, welches den Mund des Pacman darstellt. Das leuchtende Wasserstoffgas wird dort durch die Dunkelwolke Dobashi 3745 verdeckt.



Wie Radio-Untersuchungen gezeigt haben, ragt hier dichtes molekulares Material ins Bild, welches zu einer deutlich vorgelagerten ausgedehnten Molekülwolke gehört. Ohne diese Verdeckung würde die HII-Region rund erscheinen.
Im H-alpha-Bild zeigt sich die Dunkelwolke Dobashi 3745 noch plastischer.



In der theoretischen Astrophysik ist das HII-Gebiet um einen zentralen Stern, der durch seine ultraviolette Strahlung den Wasserstoffnebel ionisieren kann, im Idealfall homogener Gasdichte kugelförmig. Diese nach dem Dänen Bengt Strömgren benannte „Strömgren-Sphäre“ besitzt einen Radius, der von der spektralen Energieverteilung des Sterns und von der Dichte des Wasserstoffnebels abhängt. Jenseits dieses Abstandes ist die ionisierende Strahlung verbraucht und nur noch neutrales Gas vorhanden. Die Strömgren-Sphäre ist also scharf begrenzt und kann im Vergleich zur Größe des gesamten Nebels klein sein. Gewissermaßen sieht man hier in einer HI-Region (interstellare Wolke aus nicht ionisiertem atomarem und molekularem Wasserstoff) im H-alpha-Bereich die eingebettete HII-Region leuchten. In der Regel können Strömgren-Sphären durch Sterne der Spektralklassen O oder B ausgebildet werden, da nur ihre Strahlungsfelder genügend ultraviolette Strahlung besitzen.

Dass der Pacman-Nebel nicht ganz kugelförmig ausfällt liegt u.a. daran, dass nicht nur ein einziger Zentralstern, sondern gleich eine ganze Reihe von Heißbrennern des offenen Sternhaufens IC 1590 als ionisierende Quelle des Nebels dienen. Das hellste Mitglied von IC 1590 ist das Mehrfachsternsystem HD 5005, das aus mehreren O-Sternen besteht, wobei der hellste den extrem seltenen Spektraltyp O4 besitzt.



Eine um HD 5005 zentrisch ausgeführte Kreislinie zeigt, dass der Pacman-Nebel gut durch eine Strömgren-Sphäre beschrieben werden kann.
In der nächsten Abbildung (pixel-to-pixel) sind in dem offenen Cluster IC 1590, der erst etwa 3,5 Millionen Jahre alt ist, in der unmittelbaren Umgebung von HD 5005 etwa 50 Sterne mit bläulicher Färbung erkennbar. Sie sind zum größten Teil jünger als 2 Millionen Jahre.



Insgesamt sind auf Infrarotaufnahmen des Spitzer-Weltraumteleskops innerhalb oder in der Nähe des Haufens aber über 270 Sterne mit Größen von weniger als oder gleich 17mag entdeckt worden. Davon sind 63 als wahrscheinliche Mitglieder des Clusters identifiziert worden.
Neuere Infrarotaufnahmen in der Two Micron All Sky Survey (2MASS) zeigen südwestlich von IC 1590 drei weitere Sternhaufen inmitten der dichten Molekülwolke. Ihr Licht durchdringt die HII-Region und den Staub.

Auffällig in NGC 281 sind auch mehrere Bok-Globulen, in welchen durch Infrarotaufnahmen Anzeichen für Sternentstehung festgestellt werden konnten.



Intensive energiereiche Strahlungswinde der heißen Haufensterne haben diese Staubwolken bereits stark erodiert. Falls sie lange genug überleben, könnten sie auch noch Orte für zukünftige Sternbildungen sein. Im linken oberen Bildbereich sind kleinere Globulen erkennbar.

Der folgende in die Horizontale gedrehte Bildausschnitt zeigt einen Teil des östlichen Randes der Molekülwolke.



Die sich dort abzeichnenden auffälligen Formen sind die Silhouetten von geformten Säulen, die zurückbleiben, wenn die weniger dichten Regionen von Strahlung und Winden fortgeblasen wurden.

Wie gewohnt präsentiere ich zum Ende dieses Berichts noch einen schmalen Bildstreifen durch das Gesamtbild. Auch wenn er uns mitten durch das Maul des Pacman führt, scheint er wohl kein gefräßiges Weltraumtierchen zu sein, sondern ganz im Gegenteil: Er erschafft neue Sterne und kleine Welten, in denen sich vielleicht mal Leben entwickeln wird…



Literatur/Infos:
Wikipedia: NGC 281, Strömgren-Sphäre, IC 1590
Apod.nasa.gov: Astronomy Picture of the Day (22.11.2018): Portrait of NGC 281
Sternwarte Bärenstein: Nebel mit großer Klappe
Astronomie.de (47/2015): Immer hoch im Kurs: die HII-Region NGC 281
Astronomie.de (45/2017): Ein bemerkenswertes Herbstobjekt - die HII-Region NGC 281
The Astronomical Journal (May 1997) - ST Megeath, TL Wilson: The NGC 281 west cluster. I. Star formation in photoevaporating clumps
New Astronomy (March 2003) - Youngung Lee, Jae-Hoon Jung: A molecular cloud complex above the galactic plane. I. Extended CO observations of the region NGC 281
Publications of the Astronomical Society of Japan (October 2012) – Saurabh Sharma et al.: Multiwavelength Study of the NGC 281 Region
The Astronomical Journal (May 1997) - Harry H. Guetter, David G. Turner: IC 1590, A Young Cluster Embedded in the Nebulosity of NGC 281