39. Woche - Auf Kollisionskurs - der Planetarische Nebel Abell 21

Planetarische Nebel (planetary nebulae, Abk. PNe) gehören zu den interessantesten Objekten, die der Deep Sky bietet. Heute präsentieren wir ein Objekt, das im Rahmen einer Projektarbeit von einem Dreier-Team realisiert wurde. Es geht um Abell 21, der auch als PN G205.1+14.2 in den Strasbourg-ESO-Katalog Eingang fand. Sein populärer Name lautet Medusa-Nebel, weil er mit seiner "haarigen" Struktur an den Kopf der Medusa aus der griechischen Mythologie erinnert.

Projekt - das bedeutet eine Fülle technischer Aufnahmedaten: Kai-Oliver Detken, Kai Wicker und Jürgen Beisser (alle im Bremer Umfeld beheimatet) hatten sich Abell 21 vorgenommen, alle mit unterschiedlichen Teleskopen und Kameras ausgestattet. Das Projekt war also schon recht anspruchsvoll. Folgende Aufnahmedaten sollen jetzt ausnahmeweise in allen Details mitgeteilt (nicht: geteilt) werden.

a) Kai-Oliver Detken
Datum/Ort: 02.04.2021, Grasberg bei Bremen
Teleskop: Celestron C11 SC XLT 280 mm/2800 mm
effektive Brennweite: 560 mm (Apertur f/2)
Montierung: iOptron CEM60
Autoguiding: Lacerta M-GEN V3
Kamera: ZWOptical ASI071MCpro
Gain: 90 (Unity Gain)
Filter: Schmalbandfilter vom Typ Optolong 2" L-eXtreme
Dithering: Square Snake mit 10 px über M-GEN V3
Belichtungszeit: 26 x 5 min (gesamt 130 min)

b) Kai Wicker
Datum/Ort: 13. Februar 2021, Bremen
Teleskop: Eigenbau-Newton f/2,8
Brennweite: 741 mm
Montierung: Avalon Linear Fast Reverse
Autoguiding: PHD-Guiding
Kamera: Atik 490EXm
Filter: RGB-Filter
Belichtungszeit: 51 x 2 min (L) ohne Binning
30/30/30 x 2 min (RGB) bei 2×2-Binning
Gesamtbelichtungszeit: 4 h 42 min

c) Jürgen Beisser
Datum/Ort: 12. + 13.02.2021, Lilienthal
Teleskop: Newton-Teleskop Orion 182 mm/800 mm
Montierung: 10 Micron GM 1000 HPS
Autoguiding: kein
Kamera: ZWOptical ASI1600MM
Sonstiges: Gain 139, T = -20°C, alles ohne Binning
Filter und Belichtungszeiten:
Astrodon Blue G2E: 8 x 3 min
Astrodon Green G2E: 8 x 3 min
Astrodon Red G2E: 8 x 3 min
Chroma Ha 3 nm: 19 x 5 min
Astrodon [OIII] 3 nm: 24 x 5 min
Gesamtbelichtungszeit: 4,8 h

Abell 21 ist auch als Sh2-274 katalogisiert. Er trägt also die Bezeichnung einer HII-Region, obwohl es sich um einen PN handelt. Seine Erscheinungsform ist ja auch nicht unbedingt typisch für einen PN. Als Steward Sharpless seinen Katalog erstellte, stieß er auch diesen sichelförmigen Nebel mit filamentförmiger Struktur, wie sie auch bei zahlreichen schalenförmigen HII-Regionen auftritt. Die Erkenntnis kam erst später, dass hier ein heißer Weißer Zwerg als Zentralstern den PN verursacht. Dieser Zentralstern bei den Pixelkoordinaten (1540/1322) hat laut Datenbank Simbad scheinbare Helligkeiten von 15,67 mag im Blauen und 15,99 mag im Visuellen, was einen Farbindex B-V = -0,32 mag bedeutet, d.h. der Stern ist knallblau und sehr heiß. Daher pumpt er enorme Mengen an UV-Energie in das umgebende Gas - nicht nur in sein eigenes ausgestoßenes PN-Gas, sondern auch in das der Umgebung.

Warum hat Abell 21 eigentlich eine faserförmige Struktur? Dazu ein direkter Bezug zur Überschrift: Der Zentralstern namens WD 0726+133 (Spektraltyp DOZ) "durchpflügt" derzeit mitsamt seinem umgebenden Nebel eine Zone mit viel interstellarem Gas und Staub, siehe dazu das Zusatzbild, das eine verstärkte monochromatische Variante des Originals zeigt. Die dabei auftretende Kollision zwischen dem Gas des PNs und dem Umgebungsgas sorgt für die Bildung von Stoßfronten und Filamenten. Und genau so etwas liebt der Astrofotograf. Eine interessante Arbeit stammt von R.W. Tweedy und K.B. Kwitter: "An Atlas of Ancient Planetary Nebulae and their Interaction with the Interstellar Medium"; Astrophys. J. Suppl. Ser. 107, 255-262 (11/1996).

Die für das Nebelleuchten verantwortlichen Emissionslinien gehen sehr schön aus dem Strassbourg-ESO Catalogue hervor. Dort werden folgende Linienstärken genannt: 147 für [OIII], 250 für Ha und 425 für [NII]. Dabei ist die Stärke 100 für Hb festgesetzt. Was das für die Astrofotografie bedeutet, möchte ich in den Anmerkungen noch ein wenig deutlicher machen.

Was gibt es über Abell 21 noch zu berichten? Befragen wir die Literatur. Aus den Messungen von Harris, Hugh C. et al.: Trigonometric Parallaxes of Central Stars of Planetary Nebulae; Astron. Journal 133, 631–638 (2/2007) ergibt sich für den Zentralsterns von Abell 21 eine Parallaxe von 1,85 Millibogensekunden und eine Entfernung von 541 pc (1765 Lj). Die neueren GAIA-Resultate sind sehr ähnlich. Vergleicht man neuere und frühere Messwerte, so streuen die Entfernungen je nach Messmethode von 270 bis ~700 pc. Dies liegt an einem generellen Problem bei fotometrisch basierten Entfernungsmessungen: Wie stark ist der Einfluss der störenden interstellaren Materie zwischen uns und dem Objekt? Und von interstellarer Materie sind Parallaxenmessungen absolut nicht beeinträchtigt.

Was hat der Astrofotograf von solchen wissenschaftlichen Erkenntnissen? Zur Beantwortung der Reihe nach: Das AdW zeigt eine elliptische Gestalt. Der Südostbereich des Nebels tritt prominent hervor, der Nordwestbereich dagegen extrem schwach. Aus dem AdW kann der Amateur sofort die Abmessungen des Nebels bestimmen: Länge bis in die schwächsten Partien 760 Pixel, Breite 548 px. Aus den Sternabständen folgt ein Bildmaßstab von 1,009 Bogensekunden pro Pixel ("/px), was natürlich über bestimmte Software auch automatisch gemessen werden kann. Dabei vertraue ich (P.R.) persönlich meinen eigenen Messwerten jedoch mehr als der Software. Denn die arbeitet mit Katalogwerten der Astrofirmen, z.B. Brennweite. Ob diese Parameter für alle Teleskope einer Baureihe konstant oder variabel sind, darf gern diskutiert werden. Mit dem Bildmaßstab folgt eine Nebelgröße von 767" x 553" (12,8' x 9,1'). Für die oben genannte Entfernung von Abell 21 bedeutet das einen wahren projizierten Durchmesser von 6,6 Lj x 4,7 Lj. Wir sehen: Objektgrößen kann der Astrofotograf also selbst berechnen und danach mit Literaturwerten vergleichen. So gibt Simbad für Abell 21 (PN A66 21) Abmessungen von 10,25' x 10,25' an (615" x 615"), was keinesfalls zu den selbst ermittelten Werten passt. Und quadratisch ist Abell 21 sowieso nicht ...

Anmerkungen: Kurz noch etwas zu den Stärken der Emissionslinien in Abell 21. Mit Bezug auf die Stärke 100 für Hb ist Ha mit 250 zweieinhalbmal stärker. Hier liegt eine der Ursachen für die rote Färbung alter PNe. [OIII] mit der Stärke 147 ist deutlich schwächer als Ha. Was aber überrascht und vom Astrofotografen bedacht werden sollte: Die Emission von [NII] ist mit der Stärke 425 viel heller als Ha. War es also sinnvoll, für dieses AdW einen nur 3 nm breiten Ha-Filter zu verwenden? Nein, denn die beiden [NII]-Linien bei 654,8 und 658,3 nm liegen eindeutig außerhalb des nur 3 nm breiten Transmissionsfensters des Ha-Filters. Sie liefern also bei der Aufnahme keinen Beitrag zum roten Nebellicht, obwohl sie stärker sind als die Ha-Linie. Damit ist die Farbwirkung dann auch eine andere. Insofern mein Rat: Vor dem Filtereinsatz ruhig einmal die PN-Emissionslinien prüfen.

Nichtsdestoweniger ist das AdW ein sehr gutes Beispiel für eine gelungene Kooperation und auch eine technisch saubere Aufnahme. Wir danken dem Trio für diese schöne Resultat mit interessanten technischen Details. Das AdW-Team gratuliert zum Astrofoto der Woche.

Peter Riepe
Bildautoren: Kai-Oliver Detken, Kai Wicker und Jürgen Beisser

Koordinaten von Abell 21 (J2000.0):
RA = 07 h 29 min 03 s, DE = +13° 14' 49"

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