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M 27 und ein bisschen mehr…

Jens Bohle

Der Hantelnebel M 27 ist nach Simeis 22, der zweite Planetarische Nebel den ich im Rahmen der Ergebnisse des Fachgruppenprojekts „10 PN“ vorstellen möchte. M 27 gehört sicher neben dem Ringnebel M 57 zu den bekanntesten Planetarischen Nebeln. Die hohe Helligkeit lässt die Objekte bereits mit minimaler optischer Hilfe erkennbar werden. Dies gilt besonders für den Hantelnebel, der nicht nur auffällig hell, sondern auch relativ groß erscheint und bereits im kleinen Fernglas zu sehen ist. Neben den bekannten hantelförmigen Partien offeriert M 27 aber auch Strukturen außerhalb der eigentlichen Hülle die weniger bekannt sind. 

Allein aus amateurastronomischer Sicht ließe sich eine Unmenge an Informationen zu diesem Objekt zusammentragen. Nicht anders wäre es bei den fachastronomischen Beobachtungen, da M 27 (NGC 6853) aufgrund seiner direkten Nachbarschaft zu uns ein häufig untersuchtes Objekt ist. Es sind also nicht nur die Amateure, die den Hantelnebel oft anvisieren. Als erster sah vermutlich Charles Messier am 12. 7. 1764 ein nebliges Objekt im Sternbild Füchslein und so listete er es in seinen berühmten Katalog. Ohne das Messier es wusste, war M 27 ist der erste katalogisierte PN überhaupt. Auch im NGC erhielt der Hantelnebel eine Nummer: 6853. Wie bereits erwähnt, ist M 27 aufgrund seiner Helligkeit aber auch wegen seiner scheinbaren Größe ein beliebtes Beobachtungsobjekt. Die stattliche Ausdehnung resultiert aus einer Entfernung. In der Literatur werden Werte von 250 bis 420 Parsec genannt. M 27 befindet sich also in unserer kosmischen Nachbarschaft. Die in vielen Quellen genannte scheinbare Größe von etwa 8 Bogenminuten bezieht sich auf den Hauptkörper des Nebels. Dieser erscheint im kleinen Teleskop hantelförmig und bei der Nutzung größerer Optiken zeigt sich der PN als rundliche Blase. M 27 ist ein Paradeobjekt für die Beobachtung mit Schmalbandfiltern wie etwa einem UHC-Filter. Aber auch ein [OIII]-Linienfilter ist bei der Beobachtung sinnvoll. Interessant ist m. E. der Anblick durch ein Hß-Linienfilter. In meinem 50 cm - Teleskop war das sonst „gleißend“ helle Objekt kaum noch erkennbar! Auf Fotografien dominiert der PN in den grünen Farben was die Verwendung des genannten [OIII]-Linienfilters empfiehlt. 

Seine scheinbare Größe am Himmel macht ihn schon zu den größeren PN am Himmel. Besonders langbelichtete fotografische Aufnahmen zeigen aber eine weitaus komplexere Struktur des Hantelnebels denn wie viele seiner Artgenossen zeigt auch M 27 ausgeprägte Halostrukturen. Diese weitaus schwächeren Nebelmassen, welches sich an die bekannte Nebelhülle nach außen anschließen, lassen den Durchmesser des Hantelnebels um mehr als das Doppelte anwachsen. Dies ist nicht ungewöhnlich. Bei dem bereits erwähnten Ringnebel M 57 ist der Faktor zwischen Hauptkörperdurchmesser und Durchmesser des Halos noch größer. Die Ausdehnung von M 57 misst insgesamt über 200 Bogensekunden (der ovale Hauptkörper bringt es auf etwa 70 Bogensekunden). Um sich dies zu veranschaulichen sei kurz erwähnt, dass langbelichtete Aufnahmen zeigen, dass die äußere Nebelhülle von M 57 scheinbar bis an die benachbarte Galaxie IC 1296 heranreicht. Schaut man sich im Teleskop den PN und die kleine Galaxie an, so kann man die wahre Größe des Ringnebels abschätzen. Noch extremer ist der Größenzuwachs beim Katzenaugennebel NGC 6543. Hier wird der gesamte Nebelkomplex um das 20fache größer. Doch zurück zu M 27. Wie wir nun wissen, ist der Hantelnebel tatsächlich viel größer und komplexer als auf den ersten Blick erkennbar. Doch was hat es mit diesen Halostrukturen auf sich und wie sieht es mit der amateurastronomischen Beobachtung dieser äußeren Strukturen aus? 

Zunächst möchte ich kurz auf die Natur des Halos eingehen. Die Halostrukturen gehen auf Massenverluste zurück, denen ein Roter Riesenstern erliegt und diese Materie in Form eines langsamen Sternenwindes stoßweise auswirft. Der Halo ist somit wesentlich älter als der PN selbst. Dieser Vorgang erstreckt sich etwa über einen Zeitraum von 1 000 000 Jahren. Dadurch entsteht eine expandierende Hüllenstruktur um den sterbenden Stern bevor der eigentliche Planetarische Nebel bzw. der weiße Zwergstern entsteht. Erkennbar wird der Halo erst später und zwar dann, wenn der PN-Körper durch die Expansion im Laufe der Zeit "optisch dünner" wird und somit die energiereiche Lyman- Strahlung (ultravioletter Bereich) des Zentralsterns den inneren PN-Körper durchdringen kann. Die Strahlung regt den Halo zum Leuchten an. Ferner macht sich der Halo auch durch die Wechselwirkung mit interstellarer Materie bemerkbar. An diesen Orten verdichten sich Nebelmasse und interstellares Medium und zeigen sich als filamentartige Aufhellungen. Als erster entdeckte J. D. Duncan im Jahre 1937 Halostrukturen beim bereits erwähnten M 57. Der Halo um M 27 wurde 1974 erstmals erkannt. In [1] wird erwähnt, dass man davon ausgeht, dass jeder zweite PN solche Strukturen zeigt. Die immer höheren Empfindlichkeiten der modernen CCD-Chips in Verbindung mit Linienfiltern lassen aber bei immer mehr Planetarischen Nebeln solche Strukturen erkennen, so dass man fast gewillt ist, derartige Halos als normalen Bestandteil der meisten PN zu betrachten auch wenn es sehr prominente PN ohne Halo gibt (z. B. der Eskimonebel NGC 2392 und der Saturnnebel NGC 7009). 

Die äußeren Strukturen sind morphologisch sehr vielfältig. Viele PN haben mehrere Haloschalen welche sich konzentrisch um den PN anordnen. Sie emittieren in unterschiedlichen Wellenlängen wie etwa [OIII], [NII] oder H alpha verschieden stark. Auch sind ringförmige Strukturen in den Halos Planetarischer Nebel entdeckt worden [2]. Die Prozesse, welche dafür verantwortlich zeichnen, sind noch nicht geklärt. Vermutet werden Unregelmäßigkeiten der Sternenwinde, Einwirkung von Zentralsternbegleitern oder Magnetfelder [2]. Besonderheiten in den Halostrukturen stellen die sog. „outer flocculi“ dar. Ein Paradebeispiel dafür ist der Knoten im Halo vom Katzenaugennebel NGC 6543, der sogar einen eigenen Eintrag im IC besitzt (IC 4677) und fälschlicher weise oft als Galaxie geführt wird. Speziell in M 27 hat man vor etwa 15 Jahren auch sogenannte „rays“ in der Peripherie des PN entdeckt. Diese stellen sich als radiale strahlenförmige Filamente dar. Als Informationsquelle zu PN-Halos sei [4] genannt.

Die Beobachtung der Halostrukturen:

Vorweg sei gesagt, dass die amateurastronomische Beobachtung von Halostrukturen in Planetarischen Nebeln schon zu den sehr schwierigen Aufgabengebieten zählt. Dies gilt für die visuelle Beobachtung als auch für die fotografische Darstellung. Dies verwundert nicht angesichts der Tatsache, dass der umgebende Halo viel schwächer ist als der PN. Die Helligkeit des Halos kann bis zum Faktor 10 000 geringer sein als die des zentralen Bereiches eines Planetarischen Nebels. Bei M 27 beträgt der Unterschied je nach Areal im Halo etwa Faktor 2000 bis 4000. Dennoch zeigen die Ergebnisse unseres Projekts ganz klar, dass auch die Amateure in der Lage sind, solch schwache Strukturen zu beobachten bzw. zu fotografieren. Für die visuelle Beobachtung und auch die fotografische Erfassung ist ein dunstfreier Himmel ohne störende Lichtquellen Voraussetzung für eine erfolgreiche Beobachtung. Leichte Aufhellungen am Himmel, welche eine höhere Intensität besitzen als die der Hüllenstruktur, machen das Vorhaben zunichte. Filtereinsatz und Erfahrung im Umgang mit schwachen Strukturen sind ebenfalls von Vorteil. Für Fotografen ist sicher ein H alpha-Filter die erste Wahl. Aber auch in den Linien [NII] oder [SII] und [OIII] emittieren die Hüllen der PN wobei die [OIII]-Linie für visuelle Beobachter besonders interessant ist. Insgesamt zeigen professionelle Aufnahmen in der [OIII]-Linien ein anderes Bild als die Emissionen in den roten Linien. Im Fall des Hantelnebels wirkt der Halo in der grünen Linie gleichmäßiger. Ein nord-süd ausgerichtetes Filament direkt östlich des PN ist in der [OIII]-Linie sehr auffällig und auch definitiv visuell beobachtbar [5]. Andererseits sind die knotenartigen Strukturen im nordwestlichen Nebelteil nur in den roten Linien (H alpha und [NII] erkennbar. Welche Strukturen nun visuell beobachtbar bzw. fotografisch festzuhalten sind, zeigen die Ergebnisse unseres Fachgruppenprojekts für die ich mich bei den Autoren herzlich bedanken möchte. Und alle jene, die M 27 und ein bisschen mehr sehen möchten, wünsche ich eine baldige sternklare Nacht um den Hantelnebel mal etwas genauer zu inspizieren. Hier die Ergebnisse des Projekts:

Gerd Kohler: Beobachtet mit 114/900mm Newton bei 102facher Vergrößerung: Beidseitig helle Gebiete mit einem dunklen Einschnitt in der Mitte. Ausreichende Helligkeit. Auch bei hohen Vergrößerungen noch gut zu sehen. 

Rainer Töpler: Newton 360/1600, bei 110facher Vergrößerung mit [OIII]-Filter, Beobachtung bei Halbmond: Der Anblick dieses PN spottet jeder Beschreibung, die damit auch hier unterlassen werden soll. Die Halobereiche sind nicht zu erkennen. Fernglas 8x32 bei fst~ 5,6 mag: Der PN ist einfach freihändig zu finden. Stativgestützte Beobachtung enthüllt zwei parallele Balken. 
Roland Herrmann: 21" F/4.45 Selbstbau Dobson "Godzilla": Beste Sicht bei 118fach und [OIII]-Filter. Ein paar Bogenminuten ist westlich des "Westohres" in der Höhe eines schwachen Sterns ein feiner Schleier zu sehen der bogenförmig auf etwa 90° das Ohr einrahmte. An der Ostseite konnte ich nichts derartiges entdecken. 

Christian Weiss: Mit 18" f/5 Dobson-Teleskop kein Halo um den PN gesehen. 

Uwe Glahn: 16" Dobson, bei 100facher Vergrößerung und [OIII]-Filter, fst 7,0 (Pol): M 27 selbst zerfällt bei gutem Himmel und 16" Öffnung in sehr viele Details und zeigt viele, kaum fassbare Strukturen, der Halo ist eine Herausforderung. Selbst bei perfekten Bedingungen, sehe das Halo nur bei einer AP von 4 mm und nur mit [OIII]-Filter. Als Halo sehe ich nur das westliche Teil ausgehende von einem 13 mag Doppelstern etwa 5 Bogenminuten in Richtung SW am PN entlang, extreme Beobachtung. Struktur liegt an Wahrnehmungsgrenze. 

Jens Bohle: Newton-Dobson 20 Zoll: Beim Bayrischen Teleskopmeeting (BTM) 2000, keine „fst“ notiert: Die typische Hantelform, wie man sie in kleineren Teleskopen gut erkennen kann, schwindet bei großen Teleskopen sehr schnell, da der Nebel ein rundliches Aussehen annimmt. Schon bei Vergrößerungen um 80fach ist die diffuse Peripherie des Nebels mit seinen ausladenden "Nebelschwaden" sehr auffällig. Erstaunlich deutlich konnte ich dann bei leichtem „field sweeping“ am Ostrand eine nord-süd elongierte Aufhellung (~2' Länge) deutlich außerhalb des eigentlichen PN Körpers wahrnehmen. Diese Aufhellung nördlich eines 10 mag-Sterns war bei 5 mm AP (107fach) am deutlichsten. Bei höheren Austrittspupillen war sie weniger deutlich (6mm) bis unsichtbar (8mm). Bei kleineren Austrittspupillen (4mm, 3mm) konnte ich ebenfalls nichts mehr wahrnehmen. Bei Benutzung von Filtern (UHC und [OIII]) verschwand der Nebelfleck. Da ich zunächst sehr skeptisch bezüglich der Sichtung war, bat ich meinen Mitbeobachter Uli Zehndbauer seinen Eindruck von M 27 zu schildern. Sowohl die Aufhellung, Position und Elongation wurden von ihm definitiv bestätigt. Eine zweite Sichtung in den folgenden Nächten konnte wegen leicht dunstigem Himmel nicht mehr wiederholt werden. Die POSS II Aufnahme bestätigte mir dann unsere Beobachtung. Zweite Beobachtung mit selbem Teleskop im September 2005 bei fst, 7,2 mag auf der Edeweißspitze (~2500 m). Mit [OIII]-Filter und 5mm AP (107fache Vergrößerung) konnten nun auch die Nebelpartien im nordwestlichen Bereich erkannt. Diese umhüllen den Nebel in diesem Teil des PN und berühren ihn - es sind aber keine Strukturen zu erkennen. Bei der Beobachtung besteht Verwechslungsgefahr mir Sternketten, die durch das Filter zu Nebelbögen verschmiert werden! 

Gerhard Scheerle: Newton 114 mm: Als 6,8 mag helle und 6' x 5' große tonnenförmige Nebelfläche mit einer querliegenden Einschnürung zu sehen: der "Hantelnebel". Feldstecher 8 x 56: M 27 ist als auffälliger rundlicher Nebelfleck (mit 6,8 mag Helligkeit !) zu sehen, an dem seitlich zwei gegenüber liegende Einkerbungen zu erkennen sind: der "Hantelnebel"! Den Durchmesser schätze ich auf 9'.



Abb. 1: Zeichnung Martin Schoenball: M 27 bei 197facher Vergrößerung am GSO Dobson (Newton 250mm) bei fst 6m4



Abb. 2: Zeichnung Walter Kutschera: 20" Newton bei Vergrößerungen zwischen 220-480fach mit [OIII]-Filter bei fst 6,7 mag und Seeing 1-2: Der weiß-blau erscheinende PN zeigt viele Strukturen in verschiedenen Helligkeitsnuancen mit einem deutlich aus der Höhlung hervorgehobenen Zentralstern. Die abgestoßenen Emissionsschalen in ihren verschiedenen Stufen zeigen deutlich Verlaufsstrukturen und verschiedene Größen. Bei langer nachgeführter Beobachtung scheint der PN im Bino bei ca. 150facher Vergrößerung im Abstand von 1,5 Bogenminuten zu den äußeren Verlaufsstrukturen einen weiteren den PN umspannenden extrem schwachen Ring zu haben der nur zeitweise sichtbar ist. Im [OIII]-Filter zeigt sich ein weiter "glow" der sich deutlich von dem PN abzuheben scheint. 

Abb. 3: Zeichnung Gerhard Scheerle am Newton 195 mm: Eine sehr helle (6,7 mag) und sehr große (vielleicht 10'), rundliche aber unvollständig erscheinende weil hantelförmige Scheibe mit übergreifenden Bögen des äußeren dünnen Ringes. Der Zentralstern 13,4 mag ist eindeutig zu erkennen, außerdem weitere schwache Sterne im Nebel.

Abb. 4: : Zeichnung Gerhard am Scheerle Ritchey-Chrétien-Teleskop 406mm: Eine geschlossene 10'* 6' große [ein anderes Mal 8' * 6' geschätzt] ovale Scheibe mit zwei Dunkelhöhlen ("Eule mit zwei großen Augen"): der "Hantelnebel". Mit [OIII]-Filter ragen die schwachen Seiten (die "Augen") des Nebels weit hinaus und verursachen die große Länge. Der Zentralstern 13,4 mag ist eindeutig zu erkennen, außerdem weitere Sterne im Nebel.


Abb. 5: Foto von Mark Achterberg: Das Bild ist in Berlin unter heftigem Filtereinsatz und einer DSLR entstanden, die an 2 Nächten für 4 Stunden arbeiten musste. Dafür ist es für diese Verhältnisse schon sehr hoch aufgelöst. Teleskop: 10"-Newton f/4,8 mit Koma-Korrektor f = 1200 mm auf Montierung EQ6, Filter: Astronomik H-Alpha 13 nm, [OIII]: Astronomik [OIII] 13 nm GB: IDAS LPS-P1 Guiding: Webcam SC/Relaisbox/Maxim DL an 4"-Leitrohr f = 1000 mm Kamera: Canon EOS 300D mit entferntem IR-Sperrfilter Belichtungszeit: H-Alpha: 10 x 10 min bei Einstellung ISO 800 [OIII] 6 x 10 min bei Einstellung ISO 800 GB: 10 x 8 min bei ISO 400 Darkabzug und Flatfield Datum: H-Alpha/[OIII]: 15.09.2006 GB: 21.09.2006 Ort: Berlin-Heiligensee Bearbeitung: H-Alpha/[OIII]/GB - Komposit.


Abb. 6: Aufnahme Stefan Binnewies mit 24“-Hypergraph im Sekundärfokus (f = 4938 mm)
SBIG STL-11000M und SBIG 2-zOLL-Filtersatz für LRGB sowie H-Alpha-Filter von Astronomik (Bandbreite 13 nm) 20. August 2006, Skinakas Observatorium, Kreta, Griechenland L = 5 x 10 min (ohne Binning) Ha = 7 x 10 min (ohne Binning) RGB je 3 x 10 min (2-faches Binning) Autoren: Josef Pöpsel, Stefan Binnewies, Rainer Sparenberg


Abb. 7: 105-mm-Refraktor f = 600 mm (Astro Physics) Much, Bergisches Land, 3.-5.09.2005 SBIG ST-10XME und Astronomic Typ II-Filter L = 15 x 10 min (ohne Binning) Ha = 15 x 10 min (ohne Binning) RGB je 5 x 10 min (2-faches Binning) Autor: Stefan Binnewies (allein)


Abb. 8: M 27, aufgenommen von Thomas Maurer/Österreich mit einem Refraktor Takahashi FS-128 und einer CCD-Kamera SBIG ST-10 XE sowie Filterrad CFW 8 am 30. Juni 2003. Belichtungszeiten:L:5 x 600 s, RGB 2 x 600 s, H alpha: 10 x 1800 s, binning mode 1 x 1


Abb. 9: Diese Aufnahme von Ralf Mündlein entstand im Sommer über drei Nächte 15.7, 16.7 und 19.7. 2006. Die Belichtungszeit betrug 18 x 10 min für den Luminanzkanal ohne Binning. Die drei Farbkanäle wurde jeweils im 2 x 2-Binningmodus aufgenommen. Dabei wurden der Rot- und Grünkanal 5 x 5 min belichtet, der Blaukanal 7x 5 min. Bei der Bildbearbeitung wurde das Bild soweit im Kontrast angehoben, dass der Halo um M27 erkennbar wird.

Literaturhinweise:

[1] Hynes, Steven J. : Planetary Nebula; Willmann- Bell Inc.

[2] R.L.M. Corradi, P. S´anchez-Bl´azquez, G. Mellema, C. Gianmanco, und H.E. Schwarz : Rings in the haloes of planetary nebulae,. (http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0401056)

[3] G. Gonzales, A. Frank and B. Balick. :Stellar wind paleantology II, Faint halos and historical Mass ejection in Planetary Nebula: 

[4 ] http://www.ing.iac.es/~rcorradi/HALOES/ 

[5] Bohle, J: Bavarian nights, www.jens-bohle.de/bavarian_nights

Die hier gezeigten Bilder sind für den Internetgebrauch verändert worden und unterscheiden sich vom Originalbildmaterial zum Teil erheblich!

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