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Offene Sternhaufen und HII-Regionen in M 31

Jens Bohle

1984 beschrieb Brian Skiff in [1] die vielen Einzelobjekte welche ein visueller Beobachter mit Amateurteleskopen in der Andromedagalaxie erfassen kann. Mittlerweile sind in der Literatur viele Beobachtungsberichte aus dem Amateurlager zu dieser Thematik zu finden. Oft handelt es sich um Beobachtungen von Kugelsternhaufen wie z. B. in [2] . Auch in deutschsprachigen Publikationen,[3] bis [6], findet man genügend Anreize für eigene Beobachtungen der Sternassoziationen und Kugelsternhaufen in unserer Nachbargalaxie. Weniger bekannt und beobachtet sind die Offenen Sternhaufen, Dunkelwolken oder H II Regionen in M 31. In [8] werden einige hellere Vertreter der Offenen Sternhaufen nach visuellen Beobachtungen kurz beschrieben. In [1] und [12] ist eine Nomenklatur einiger Objekte zu finden. Als Standardwerk zur Identifikation einzelner Objekte in M 31 ist [7] zu nennen. Hier werden Kugelsternhaufen (G), Offene Sternhaufen (C), Sternwolken (A) sowie Dunkelwolken (D) unterschieden und detailliert abgebildet. Der folgende Bericht zeigt anhand von visuellen Beobachtungen mit einem 50cm-Teleskop die Möglichkeiten der Beobachtung von Offenen Sternhaufen und H II Regionen in unserer Nachbargalaxie.

Der Grund der recht spärlichen Anzahl amateurastronomischer visueller Beobachtungen der Offenen Sternhaufen sowie der H II Regionen in M31 ist sicherlich, dass sie im Vergleich zu den Kugelsternhaufen wesentlich schwieriger zu beobachtende Objekte sind. Offene Sternhaufen sind in vielen Fällen flächig wahrnehmbar - mit der daraus resultierenden geringeren Oberflächenhelligkeit. Kompliziert wird die Beobachtung aber noch durch weitere Faktoren. Die Inklination von M 31 von 77,5° zur Sichtlinie ist sicherlich einer der Hauptgründe. Andere Galaxien wie z.B. M 33 oder M101 die uns ja „Face on“ „präsentiert werden, machen z.B. die Sichtung der Emissionsgebiete deutlich einfacher. Dies zeigt sich auch an der NGC-Nomenklatur der hellsten Gebiete in diesen Galaxien (NGC 604 in M 33 oder NGC 5455 in M 101). Weiterhin erschwerend ist die verhältnismäßig geringe tatsächliche Größe und Helligkeit der H II Regionen in M 31. Verglichen mit den H II Regionen in M 33, sind auch die Emissionsintensitäten rund 3,5 mal schwächer als die in M 33 [9]. Ein weiterer Stolperstein, welcher dem visuellen Beobachter in den Weg gelegt wird, ist die Tatsache, dass die Sichtung flächiger Einzelobjekte durch den diffusen Hintergrund aus unaufgelösten Sternen der Galaxie erschwert wird. Problematisch ist außerdem, daß viele der Emissionsregionen mit den Offenen Sternhaufen assoziiert sind. So ist es nicht immer klar, ob man nun den Sternhaufen selbst, oder Teile der H II Region sieht. Eine Ausnahme stellt die H II Region in C 410 (die auffälligste H II Region in M 31) dar. Diese ist in [10] wesentlich deutlicher als der Sternhaufen selbst. Isolierte H II Regionen, wie im Falle des Emissionsgebietes innerhalb von D 592, sind eher die Ausnahme (konnten aber visuell nicht beobachtet werden). All diese Faktoren stellen aber auch eine besondere Herausforderung an den Beobachter dar, zumal die Beobachtung dieser Objektgruppen teilweise noch visuelles Neuland ist.

Zur Vorbereitung der Beobachtungen dienten mir diverse Publikationen aus der Profiliteratur. Einige der entsprechenden Arbeiten sind mittlerweile online über [16] verfügbar, jedoch sind viele, insbesondere ältere Arbeiten noch nicht gescannt und somit nur mittels "altmodischem" Gang zur Universitätsbibliothek oder per Preprint-Service verfügbar. Per Internet ist [13] einsehbar, worin die Arbeit von Baade und Arp in den sechziger Jahren erörtert ist. Baade und Arp haben schon sehr früh insgesamt H II Regionen in M 31 katalogisiert (688 Objekte, von denen einige in späteren Publikation aber wiederum aus dieser Liste gestrichen oder in umfangreicheren Listen nicht übernommen worden sind). Des weiteren erstellten sie aus insgesamt 17 fotografischen Platten (Auflösung 16"/mm), welche sie am Mount Wilson Observatorium (2,5m-Teleskop) gewannen, neben dem eigentlichen Katalog auch eine Größenskala hinsichtlich der Ausdehnung der Regionen in Bogensekunden (man kann aus den Abmessungen auf den Platten bei bekannter Auflösung die Größe in Bogensekunden errechnen). Ein Blick hierauf zeigt, dass sich die scheinbare Größe nur im minimalen Bogensekundenbereich bewegt.

Zur groben Identifikation der H II Regionen für meine visuellen Beobachtungen dienten mir Farbaufnahmen aus [10] und [11]. Dort bekommt man Auskunft über Position und Intensität der Emissionsgebiete. In [14] sind fotografische Aufnahmen mit einer Auflösung von 12"/mm zu sehen. Auf diesen Aufnahmen ist die Morphologie der einzelnen H II Regionen erkennbar (viele "bubble shaped nebula)". Dies sollte sich aber als belanglos herausstellen da dies weit außerhalb der Möglichkeiten eines visuell beobachtenden Amateurs liegt. Weitere Jagdreviere stellen die nach [16] offenbar fehlidentifizierten Kugelsternhaufen dar. Einige der extragalaktischen Kugelsternhaufen sind mittlerweile als Einzelsterne, Hintergrund-Galaxien und als H II Regionen entlarvt worden. Hier wären z.B. die "Kugelsternhaufen" G 85, G 137, G270, G 324 und G 253 zu nennen, die nun als Emissionsgebiete erkannt worden sind. Die folgenden Beobachtungen sind bei eher unterdurchschnittlichen Beobachtungsbedingungen (fst 5,5- 6,0 mag im Sternbild Andromeda bei optimaler Kulmination) erfolgt. Als Instrumentarium diente mein 20" Dobsonteleskop. Viele der Objekte waren nur mit indirekter Betrachtung zu erkennen.

Mit H II Regionen assoziierte Sternhaufen

C 107 in A 80

Im südwestlichen Bereich der Galaxie steht dieser recht einfach zu beobachtende Sternhaufen, der schon mit mittelgroßen Öffnungen erreichbar ist [9]. Bei 160fach ist dieser OC in Nord-Südrichtung elongiert. Eine sehr schwache Helligkeitsvariation ist im diffusen Bereich bei hoher Vergrößerung zu erkennen. Der Sternhaufen ist deutlich flächig. Im selben Feld (ca. 7' östlich von C 107) steht G 76, ein recht heller Kugelsternhaufen (14,3mag V, Ø 3,6“), welcher schon mit 8 - 10 Zoll Öffnung sichtbar sein müsste. Unter guten Bedingungen und entsprechender Vergrößerung sollte dieser Kugelsternhaufen dann schon flächig erscheinen.  

G 76 und C 107 bei 160facher Vergrößerung. Felddurchmesser 24 Bogenminuten

C 259 in A 29

2,3‘ nordöstlich des Kugelsternhaufens G 233 (15,4mag V, Ø 2,6“) steht dieser sehr schwache offene Sternhaufen. Nur mit Vergrößerungen von 321 und 432fach konnte ich einige Male an der leicht zu lokalisierenden Position eine Aufhellung vermuten. In [1] wird die Präsenz einer prominenten H II Region an dieser Stelle erwähnt. Ein Versuch mit einem O[III]-Linienfilter brachte aber kein Ergebnis. 

C 224 in A 67

Im Westteil der Galaxie befindet sich dieser ebenfalls mit einer H II Region assoziierte Sternhaufen. Erst bei Vergrößerungen von 321und 432fach konnte auch hier eine diffuse Aufhellung erkannt werden. In [7] ist dieser Haufen von durchschnittlicher Größe und Helligkeit, was mir eine Einschätzung über die weiteren Beobachtungsmöglichkeiten gab.  

C 410 in A 33

Dieser Offene Sternhaufen ist ebenfalls zweifelsfrei flächig zu sehen. Bei 324fach erscheint dieses Objekt als strukturlose, runde Aufhellung. Dieser OC involviert eine der prominentesten H II Regionen in M 31. Vermutlich ist diese Region auffälliger als der Sternhaufen selbst. Unter guten Bedingungen werden intensive Beobachtungen an diesem OC folgen müssen. Der sehr helle Kugelsternhaufen G 280 (14,2mag V,Ø 2,7“) befindet 3' nordöstlich des Haufens. In westlicher Richtung steht G 272 (14,8mag V, Ø 3,4“) welcher zu A 32 gehört.

 

G 280, G 272 und C 410 bei 321facher Vergrößerung. Felddurchmesser 12 Bogenminuten

C 311/ 312/ 313

Schiebt man das Teleskop in nordöstliche Richtung entlang der großen Spirale gelangt man zu den Offenen Sternhaufen C 311 - 313 welche in einer Reihe entlang der Spirale gegliedert sind. Auch hier sind H II Regionen auf Farbfotografien sichtbar. Im Westteil ist mit und ohne UHC- Filter (Hinweis auf Emissionsgebiet?) bei Vergrößerungen von 160 und 214fach ist eine ovale, in ost-west gerichtete Aufhellung, erkennbar. Bei O[III]-Filtration verschwindet dieses Gebiet allerdings. Unter schlechten, weil dunstigen, Bedingungen war diese Beobachtung schon recht anspruchsvoll.

C 311-313 bei 214facher Vergrößerung. Felddurchmesser 18 Bogenminuten

C 202 und C 203

Diese recht einfachen Sternhaufen sind bestens als Einstiegsobjekte zur Beobachtung von Offenen Sternhaufen in M 31 zu empfehlen. Mir ist sogar eine Sichtung mit einem 4,5" Newton (!) eines amerikanischen Sternfreundes bekannt. Beide Sternhaufen gehören zu A 24 und befinden sich ca. 30' südwestlich des Kerns. Die beiden Offenen Sternhaufen sind schon bei 107fach stellar zu erfassen. C 203 ist etwas heller als sein Nachbar. Die Objekte liegen ca. 20" auseinander. Bei der Beobachtung leuchtet der Kernbereich von M 31 in das Gesichtsfeld hinein. Auch bei höheren Vergrößerungen (321fach) bleiben die Cluster stellar. In [14] erkennt man einige H II Regionen südöstlich dieser Cluster, die visuell aber nicht zu erkennen waren.  

 

C 202/203 bei 321facher Vergrößerung. Felddurchmesser 12 Bogenminuten

C 179 in A 22

Als absolutes Limitobjekt unter ~6mag Himmel stellte sich dieser Sternhaufen dar. Bei 432fach konnte ich nur zeitweise (-50%) indirekt eine diffuse Aufhellung erkennen - allerdings ist die Sichtung sicher! Auch hier ist auf  Farbaufnahmen die Anwesenheit von Emissionsgebieten zu erkennen. Schwierig ist die zweifelsfreie Zuordnung Sternhaufen/ Emissionsgebiet. Ein Filterexperiment könnte auch hier eventuell unter erheblich besseren Bedingungen Klarheit schaffen.  

Der Offene Sternhaufen C 179 bei 432facher Vergrößerung. Felddurchmesser 9 Bogenminuten

A 54 / D 654

Diese recht große und auffällige Sternassoziation in nördlichen Teil von M 31 ist bereits bei minimaler Vergrößerung (107fach) deutlich als diffuse Aufhellung erkennbar. Ein ~15mag Vordergrundstern steht im zentralen diffusen Bereich. Visuell konnte allerdings nur maximal 50% des ca. 6‘ x 5‘ messenden Komplexes gesehen werden. Innerhalb von A 54 sind in [10] zwei H II Region zu erkennen. Diese sind für den visuellen Beobachter zunächst besonders reizvoll, da hier keine Verwechslungsgefahr mit einem assoziierten Offenen Sternhaufen besteht. Im Fall von A 54 befinden sich die H II Regionen in der Nähe der Dunkelwolke D 654. Diese Dunkelwolke grenzt die sternreiche Gegend Richtung Osten ab. Dies konnte im Teleskop deutlich erkannt werden. Bei Vergrößerungen bis 321fach ist nur die Sternwolke bzw. der Dunkelkomplex zu erkennen. Ab 432fach ist eine ca. 1 Bogenminute messende längliche Aufhellung westlich des zentralen A 54 Komplexes (in ca. 2'-3' Entfernung) visuell indirekt (+50%) sichtbar. Die H II Regionen sind nicht sichtbar gewesen. Interessant aber die eindeutige Sichtung der Dunkelwolke D 654.

 

A 54 und D 654 bei 432facher Vergrößerung. Felddurchmesser 9 Bogenminuten

D 592 

Als absolute Enttäuschung stellte sich die bei D 592 nahe gelegene H II Region heraus. In [10] ist dieses Emissionsgebiet recht hell und - viel wichtiger-  nicht mit einem Sternhaufen assoziiert. Allerdings ist dieses Gebiet in [7] nicht zu erkennen. Ein vermuteter Fehler auf dem Originalnegativ oder ein Fehler beim Druck des Bildes in [10] konnte anhand von Vergleichen mit anderen Farbaufnahmen ausgeschlossen werden. Entgegen meiner Erwartung konnte ich die H II Region nicht erkennen. Eine halbstündige Observation mit Vergrößerungen bis 860fach und diversen Filterexperimenten mit [OIII] und UHC Filter brachten mich zu diesem Ergebnis.  

Fehlidentifizierte Kugelsternhaufen die jetzt als HII Regionen geführt werden

Nach den eher nüchternen Ergebnissen aufgrund von Schwierigkeiten bei der Zuordnung bzw. Unterscheidung Sternhaufen / H II Region versprach ich mir bei den fehlidentifizierten Kugelsternhaufen in M 31 welche ihre wahre Natur als H II Regionen erst später preisgaben mehr Erfolg. Grundlage meiner weiteren Nachforschung ist [17]. Hier werden neben zahlreichen photo-/spektroskopischen Untersuchungen auch eine Liste fehlidentifizierter Kugelsternhaufen gezeigt. Einige Kugelsternhaufen sind tatsächlich Hintergrundgalaxien, H II Regionen oder Einzelsterne. Die Objekte, welche nun zu den H II Regionen zählen, sollten meine nächsten Ziele sein. Ein Blick in den Hodge Atlas zeigte, dass die Objekte schwach aber – und darin erhoffte ich einen Vorteil - isoliert  in der Galaxie positioniert sind. Also sollte hier die zweifelsfreie Zuordnung einfacher fallen. Ziele waren G 85, G 137, G 270, G 324 und G 253.

G 85

Unweit vom hellen Kugelsternhaufen G 76 befindet sich in südöstlicher Richtung die H II Region G 85. Ein Blick in den Atlas zeigte bereits, daß dieses Objekt aufgrund der Helligkeit vermutlich außerhalb der Reichweite meines 50cm-Telekops liegt. Eine genaue Beobachtung des Feldes konnte kein positives Ergebnis erbringen.

G 137

Auch bei diesem Objekt, welches sich nördlich des Kerngebietes von M 31 befindet, konnte unter einem 6mag Himmel kein Sichtungserfolg verzeichnet werden. Dennoch wäre ein Versuch unter besseren Bedingungen ratsam.

G 270

Eine positive Sichtung, wenn auch am absoluten Limit, ist bei G 270 zu verzeichnen. Das Objekt war in weniger als 50 % der Beobachtungszeit direkt erkennbar. Kleine Anekdote: Eine angefertigte Rohzeichnung des Objekts ist mir während der Beobachtung bei stürmischen Wind vermutlich abhanden gekommen – die verzweifelte Suche im Okularkoffer am nächsten Tag brachte meine Skizze nicht wieder zum Vorschein.

G 324

Im nordöstlichen Teil der Galaxie befindet sich G 324. Diese Region ist direkt neben dem Offenen Sternhaufen C 377 im Komplex A 102 (A= Assoziation). Schon der Blick auf die Karte zeit, dass dieses Objekt visuell mit einem 50cm-Teleskop unter Landhimmelbedingungen nicht zu sehen ist. Dies sollte sich bestätigen.

G 253

Das Objekt G 253 nordöstlich des Zentrums von M 31 konnte ich definitiv sichten. G 253 konnte ich auch bei direkter Beobachtung im Okular wahrnehmen. Südöstlich von G 253 befindet sich G 261, ein echter Kugelsternhaufen. Die Helligkeit von G 261 ist in [17] mit 16,64 mag v angegeben. In meinem Beobachtungsbuch habe ich vermerkt, dass beide Objekte etwa gleich hell erscheinen.

 

G 253 und der benachbarte Kugelsternhaufen G 261 bei 321facher Vergrößerung. Felddurchmesser 12 Bogenminuten.

Fazit 

Die Beobachtung der Sternhaufen in M 31 ist ein reiches Beobachtungsfeld - wenn auch schon einiges schwieriger als die Beobachtung der Kugelsternhaufen deren hellste Vertreter vielen Sternfreunden bekannt sind. Beachtlich ist m. E., dass viele Sternhaufen deutlich flächig erscheinen und deren unterschiedliche Form wahrnehmbar ist. Die visuelle Beobachtung der H II Regionen in M 31 ist sicherlich unter Landhimmelbedingungen ein Grenzbereich – auch für ein Halbmeterteleskop. Die Anzahl der Sichtungserfolge bei meinen Beobachtungen im Zeitraum von 1998 - 2001 zeigt dies. In dem Zusammenhang möchte ich anmerken, dass ich bei den Beobachtungen immer wieder festgestellt habe, dass Nebelfilter wie [OIII] oder UHC bei hohen Vergrößerungen im Grenzbereich der Wahrnehmung nicht angebracht sind. Die Transmissionsverluste und deren optische Qualität lassen schwächste Strukturen nicht passieren – die Objekte verschwinden. Des weiteren bestätigte sich auch bei diesen Beobachtungen wieder, daß sich die Wahrnehmung von schwächsten Details oder Objekten nicht auf den ersten Blick erkennbar waren. Um einige Objekte zu sehen, hat es mitunter gut eine Stunde Gesamtbeobachtungszeit pro Objekt (natürlich von Pausen unterbrochen) und Anläufe in mehreren Nächten gebraucht. Aber trotz dieser Schwierigkeiten und wenn auch viele Beobachtungsversuche negativ ausgefallen sind, bleibt mir die genauere Observation von M 31 in guter Erinnerung.

 

Literaturhinweise:

 

 [1]  Skiff, Brian: Deep Sky Magazine # 8 : All about M 31

 [2]  Higgins, David; Deep Sky Magazine # 32: The M 31 globular system

 [3]  Sternzeit 2/93, Büchner, M. und Niebling, F.: Kugelssternhaufen in M 31

 [4]  Veit, K; interstellarum 1: Kugelssternhaufen in M 31

 [5]  Veit, K.; interstellarum 5: Galaxien der Lokalen Gruppe II

 [6]  Veit, K; interstellarum 12: G1 visuell

 [7]  Hodge, Paul, W: Atlas of the Andromeda Galaxy

 [8]  Stoyan, R. C.; interstellarum 9: Galaxien der Lokalen Gruppe 

 [9]  Pellet, A et al. ; 1978 A&AS...31..439P: A survey of H II regions in M 31

[10] Hallas, T./ Mount, D. ; SuW 5/ 92

[11] Breite, M. Farbaufnahme M 31 in SuW / 99

[12] Skiff, B./ Luginbuhl, C.: Observing handbook and catalogue of Deep Sky Objects

[13] Arp/Baade: 1964 AJ 139/ 1027

[14] Courtes et al.: 1978 AAS, 31/ 439

[15] Crampton, D., Cowley, A. P., Schade, D., & Chayer, P. (1985). AJ 288: 494-513.

[16] NASA Extragalactic Database

[17] Barmby, P., Huchra, J.P., Brodie, J.P., Forbes, D.A., Schroder, L.L. & Grillmair, C.J,: M31 globular clusters: 

       colors and metallicities; 2000, AJ, 119, 727

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