42. Woche - NGC 7023 – die Irisblüte im Cepheus

Das heutige AdW stammt wieder einmal aus dem Sternbild Cepheus. Im Cepheus befindet sich der helle, blau leuchtende Reflexionsnebel NGC 7023. Seine Form erinnert – wenn nicht zu lange belichtet wurde – an eine Schwertlilienblüte (Iris), daher wird NGC 7023 auch „Irisnebel“ genannt. Bei langer Belichtungszeit wird das Nebelbild größer bis in die schwächsten blauen Außenpartien, zudem wird es dann auch runder und erinnert eher an eine geöffnete Rose als an eine Iris. Bildautor ist Mathias Wegner, den wir heute als Neuen unter den AdW-Astrofotografen herzlich willkommen heißen. Seine Aufnahme datiert vom 21.-25.08.2022. Sie entstand in Thüringen, einer Ortschaft in Vorarlberg/Österreich. Als Optik kam ein Skywatcher-Newton mit 200 mm Öffnung und 1000 mm Brennweite zum Einsatz, dazu als Farbkamera eine Lacerta DeepSky Pro 2600c. Belichtet wurde 323 x 150 Sekunden bei Gain 0, das sind 13 h 28 min insgesamt. Nicht schlecht für die Blende 5. Als Aufnahmesoftware diente N.I.N.A., nachbearbeitet wurde mit PixInsight. Über Entrauschung wird nichts ausgesagt. Der Bildautor schreibt: „Ich betreibe erst knapp 2 Jahre die Astrofotografie, dieses Bild entstand im Urlaub bei meinem Schwiegervater in Österreich. Es ist mein erster Dunkelnebel und mein erstes Astrofoto mit einer so hohen Gesamtbelichtungszeit.“ Norden ist oben, Osten links, das Bildfeld misst 1°20' × 53'.

Es ist schon erstaunlich, wie häufig das Sternbild Cepheus der Ausgangspunkt für Astroaufnahmen ist. Das jedoch wird sofort verständlich, denn einerseits ist das Herbststernbild in unseren Breiten günstig zenitnahe gelegen, und andererseits ist es reich an interstellarer Materie. Im Cepheus liegen sowohl helle Emissions- und Reflexionsnebel als auch dunkle Staubwolken, darunter zahlreiche Dunkelnebel aus dem Katalog von B.T. Lynds. Viele Forschungsarbeiten drehen sich um Bereiche aus dem Cepheus, aber nur selten wird das „Herzstück“ des Cepheus thematisiert: das so genannte „Cepheus Flare“. Es liegt als ausgedehnte Region etwa 15° oberhalb des galaktischen Äquators und besteht aus zusammenhängenden Molekül- und Staubwolken. Diese beiden Substanzen bilden das wesentliche Grundmaterial für die Sternentstehung. Radiobeobachtungen in der Wellenlänge des neutralen Wasserstoffs (Hu 1981) ergaben eine HI-Schale, im Radiokontinuum konnte ein riesiger Loop nachgewiesen werden (Berkhuijsen 1973) und das Kohlenmonoxid formt aus Einzelwolken eine riesige zusammenhängende Molekülwolke von 190 Quadratgrad (Lebrun 1986). Die gesamte Materie des Cepheus Flare ist in turbulenter Bewegung, vermutlich durch Supernova-Explosionen angetrieben. Außerdem ist das Cepheus Flare in Schichten aufgebaut. Das zeigt sich an den Entfernungen der Teilbereiche. Kun et al. (1998) fanden heraus: Die interstellare Materie ist in drei sich teilweise überlappenden Entfernungsbereichen konzentriert: 200 pc (~650 Lj), 300 pc (~980 Lj) und 450 pc (~1470 Lj). Was eigentlich niemanden verwundert: Im Cepheus Flare wurden zahlreiche junge Protosterne gefunden, überwiegend T-Tauri-Sterne mit Hα-Emission, die noch nicht einmal ihr Hauptreihenstadium (Fusion von Wasserstoff zu Helium) erreicht haben.

Einer der bekannten Nebel im Cepheus ist NGC 7023, ein Reflexionsnebel, nicht Reflektionsnebel, aber engl. reflection nebula. Seine blaue Färbung beweist, dass hier am Staub das blaue Licht des Zentralsterns HD 200775 gestreut wird. Der Herbig-Be-Stern verrät sich im AdW durch ein großes lichtschwaches Beugungskreuz, das im Nebel zwar kontrastarm, aber doch klar sichtbar ist. Sein Spektraltyp ist B2Ve, seine Helligkeiten sind B = 7,754 mag und V = 7,427 mag, d.h. B-V = 0,327 mag (hellblau). Bestätigt wird auch die alte Erkenntnis, dass gestreutes Nebellicht sogar blauer als das Licht des erzeugenden Sterns selbst ist.

Die Molekülwolken der galaktischen Ebene treten stets in Verbindung mit Staubwolken auf. So ist es kein Wunder, dass sich auch um NGC 7023 der Staub ansammelt. Hier wird uns wieder einmal die Tatsache vor Augen gehalten, dass es nur bei Kurzbelichtungen „schwarze“ Dunkelwolken gibt. Nur dann ist die Bezeichnung als umgebende Dunkelwolken (siehe Zusatzbild 1) sinnvoll. Nach kräftiger Belichtung jedoch zeigt sich wie hier im AdW, dass Dunkelwolken nie wirklich dunkel sind. Sie werden immer – wenn z.T. auch nur schwach – durch das Licht der Menge galaktischer Sterne aufgehellt, auch von Sternen dahinter. Und genau dann wird erkennbar, dass die hellen Ränder der Dunkelwolken keine oder nur eingeschränkt Sterne des Hintergrunds durchlassen. Die blaue Irisblume sitzt demzufolge nur in dem Zentralbereich, der auch von HD 200775 illuminiert werden kann. Die Ausdehnung des rein blauen Irisnebels kann hier im AdW zu 20,3' ausgemessen werden. Um diese blaue Blume herum ist der Nebel bräunlich.

Die Dunkelwolken treten im AdW jetzt nicht mehr als rein düstere Flächen hervor wie im gerade angesprochenen Zusatzbild, jetzt fallen ihre Kernbereiche (engl. core) deutlich auf, fast plastisch. Im Norden ist es LDN 1174 bei den Pixelkoordinaten (2230/1100). Hier fanden Astronomen rund 20 superjunge Sterne im Alter von nur ~1 Mio. Jahren (P. Saha et al. 2020). Die Autoren vermuten, dass HD 200775 die Entstehung dieser superjungen Sterne selbst angestoßen (getriggert) hat. Anhand von Gaia-Vermessungen der Parallaxen dieser jungen Sterne ergab sich eine Entfernung von ca. 1090 Lj. Östlich der Iris fällt LDN 1172B bei (1300/1200) auf. Nach Süden hin sind es vor allem LDN 1172A bei (1670/2110) und LDN 1170 am unteren Bildrand, die den Bereich der Dunkelwolken bestimmen. In Gänze lässt sich der Komplex um NGC 7023 mit einer kometarischen Wolke vergleichen: Im Kopf sitzt NGC 7023 selbst, nach Süden (unten) erstreckt sich sich ein nebulöser, dunkel durchsetzter Schweif. Die innere Struktur der Irisblume selbst ist bemerkenswert strähnig, in Form von girlandenartigen, hellen Nebelbändern. Besonders sticht ein herzförmiges Loch direkt über der Westflanke des Nebels bei (2100/1290) ins Auge, durch welches Sterne des Milchstraßenhintergrundes sichtbar werden. Im hellsten Teil von NGC 7023 fanden die Astronomen eine leicht rötliche Färbung, hier im AdW ist sie aber kaum zu erahnen. Dieses Leuchten stammt weder vom Hα noch vom [NII] oder [SII]. Was ist es dann? Die Molekülwolke enthält nicht nur die radioastronomisch nachgewiesenen Bestandteile wie molekularen Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Enthalten sind auch so genannte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (A.N. Witt et al. 2006). Sie zeigen im Optischen zwischen 540 und 900 nm ein breitbandiges, aber schwaches Leuchten, also keine Linien-Emission!

Die Entfernung von NGC 7023 ist – wie in vielen ähnlichen Fällen – nicht eindeutig klar, sondern differiert stark mit den unterschiedlichen astronomischen Messmethoden. Den wohl verlässlichsten Entfernungswert errechnet man aus der von Gaia gemessenen Parallaxe des Sterns HD 200775, was auf 1160 Lj hinausläuft und gut mit den oben genannten Entfernungswerten der jungen Sterne in LDN 1174 übereinstimmt. NGC 7023 liegt damit im mittleren bis hinteren Bereich des Cepheus Flare. Mit diesem Entfernungswert und der gemessenen Ausdehnung von 20,3' erreicht der blau leuchtende Bereich von NGC 7023 einen wahren Durchmesser von 6,6 Lichtjahren.

Einige unscheinbare Objekte sollen hier noch besprochen werden. Zunächst liegt bei (1472/1442) ein kleiner Reflexionsnebel mit der Katalogbezeichnung GN 21.02.4.02. Seine Ausdehnung beträgt in Ost-West-Richtung rund 1,5' mit einer durchziehenden kleinen Staubwolke. Im Nebel steckt der gelbliche Infrarotstern IRAS 21023+6754, der mit V = 15,88 mag auch optisch gut sichtbar ist. Bei (1349/1792) befindet sich der Stern EH Cephei (kurz: EH Cep), ein Veränderlicher des Typs FU Orionis. Sein Spektraltyp ist K2, so dass die Farbe gelblich ist. Direkt südwestlich an EH Cep ist ein sehr lichtschwacher, aber doch eindeutiger kleiner Reflexionsnebel zu sehen. Ein wenig seltsam ist, dass dieser Nebel bläulich leuchtet. Zu diesem Nebelchen war in der Datenbank Simbad jedoch keinerlei Information zu finden. Und noch ein Objekt soll erwähnt werden: Bei (2120/1134) steht ein kleines orangefarbenes Sternchen namens 2MASS J21003207+6812477. Dieses Sternchen ist also im 2MASS entdeckt worden. Der 2MASS ist der „two micron all sky survey“, ein Survey im nahen Infrarot bei 1,25 μm (J-Band), 1,65 μm (H-Band) und 2,17 Mikrometer (Ks-Band). Wer jetzt genau hinschaut, bemerkt direkt südlich bis westlich des Sternchens eine rötliche Nebelfärbung. Dieses rötliche Leuchten dringt durch den Staub, es stammt von dem eingebetteten Herbig-Haro-Objekt HH 1067, welches zwar optisch nicht sichtbar ist, im nahen IR aber doch (siehe Zusatzbild 2). Hier ist also auch ein junger neuer Stern entstanden, dessen Gasausstoß in Hα, [NII] und [SII] nachweisbar ist.

Anmerkungen: Das AdW ist eindrucksvoll – keine Frage, weil die Farben stimmig sind, sowohl für die Sterne als auch für die Nebelpartien. Das beweist wieder einmal, dass mit einer CMOS-Kamera (und anschließender Farbkalibrierung) gute farbige Astroaufnahmen gemacht werden können. Ein kleiner Kritikpunkt darf aber nicht fehlen, denn er stört ein wenig mein ästhetisches Empfinden (damit kann der Bildautor aber sicherlich klarkommen …): Der Hintergrund wurde offensichtlich entrauscht, wobei aber das Rauschen nur bis zu einer gewissen oberen Helligkeitsgrenze entfernt wurde. In den hellen Lichtern sorgt die Intensität der Objekte selbst schon für geringeres Rauschen, aber in den mittelhellen bis schwächeren Teilen ist das Rauschen noch klar sichtbar, und das zeigt sich sofort, wenn man in das Bild hineinzoomt, um die Detailwiedergabe zu prüfen.

Mathias Wegner einen großen Dank für diese wirkungsvolle Astroaufnahme. Und dazu natürlich die Gratulation des AdW-Teams zum Astrofoto der Woche!

Peter Riepe
Bildautor: Mathias Wegner

Koordinaten (J2000.0) von NGC 7023:
RA = 21 h 01 min 37 s, DEK = +68° 09' 48''

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