Blick ins All

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Beobachtungsprojekt 3

 

Die Struktur der Helix - schwache Außenbereiche in NGC 7293

Der Helix-Nebel (NGC 7293) gehört zu den bekanntesten planetarischen Nebeln überhaupt. Er ist das am nächsten zu uns gelegene Objekt seiner Art und - abgesehen von einigen Objekten des Abell Katalogs -  auch das größte. Wie viele andere planetarische Nebel auch ist er eingebettet in einen schwachen Halo, der über den unmittelbar sichtbaren Teil weit hinausragt. Dieses Beobachtungsprojekt ist der visuellen Wahrnehmung der Halo-Strukturen des Helix-Nebels gewidmet sowie der Frage, welche Rückschlüsse daraus auf seine wahre geometrische Gestalt gezogen werden können.

 

Die Idee für dieses Projekt entstand bei der Lektüre des Artikels von C.R. O’Dell et al.:  „Unraveling the Helix Nebula: Its Structure and Knots“, in: The Astronomical Journal 5/128, 2004. Die Autoren zeigen, daß die Form von NGC 7293 in Wahrheit nicht die einer Helix ist. Vielmehr stößt der Zentralstern in wiederholten Ausbrüchen Materie entlang zweier Hauptachsen ab. Die Autoren fassen ihre Ergebnisse in folgender Skzizze (Fig. 20) zusammen:

 

Reproduced by permission of the AAS

 

Ich habe versucht, die schwachen Halo-Strukturen, die in dem Artikel beschrieben werden, visuell zu beobachten und so die Geometrie des Helix-Nebels am Okular nachzuvollziehen. Um mir ein Bild davon zu machen, was überhaupt möglich und erwartbar ist, habe ich zunächst nach Zeichnungen visueller Beobachter gesucht, die nicht nur den Zentralteil des Nebels erfassen, sondern auch die Außenbereiche. Leider habe ich nichts derartiges finden können.

 

Deshalb habe ich einen DSS Ausdruck der Gegend erstellt, der bereits schwach einige Halo-Strukturen erkennen läßt. Mithilfe der obigen Skizze von O'Dell habe ich in diesem Ausdruck weitere Strukturen markiert. In gleicher Weise habe ich Martin Pughs APOD vom 4. Oktober 2012 verwendet – eine tiefe  Schmalbandaufnahme, die die Außenbereiche sehr gut erkennen läßt.

 

Mit dem derart präparierten Ausdruck als Vorlage habe ich über mehrere Nächte hinweg den Helix-Nebel beobachtet, der sich an meinem Standort (48° N) leider nie sehr hoch über den Horizont erhebt. Zumeist habe ich bei 150x mit OIII und UHC Filter gearbeitet. Stärkere Vergrößerungen brachten den Nebel zum Verschwinden. Während der Beobachtung habe ich alle Halo-Strukturen, die ich im Okular erkennen konnte, auf meinem Ausdruck markiert.

 

Schließlich habe ich zu hause einen neuen DSS Ausdruck erstellt, die in den Beobachtungsnächten vorgenommenen Markierungen übertragen und diese mit O'Dells Bezeichnungen versehen. Dies ist mein Resultat:

 

 

Diese Zeichnung gibt nicht die Helligkeitsverhältnisse wieder, wie sie sich im Okular darstellen. Vielmehr zeigt sie lediglich an, welche Halo-Strukturen ich visuell erfassen konnte.

 

Ergebnis:

Der Nordostbogen („northeast arc“) ist nicht schwer zu sehen. Er ist breit, kontrastreich und kann praktisch auf der ganzen Länge verfolgt werden. Die östliche Flanke des „southeast outer feature“ ist ebenfalls gut erkennbar. Die Spitze des "east outer feature" und der Nordostknoten („northeast object“) können indirekt gesehen werden; letzterer erscheint flächig wie eine schwache face-on Galaxie, ist aber tatsächlich Teil des Helix-Nebels. Die übrigen Halo-Strukturen in meiner Skizze konnten reproduzierbar gesichtet werden, doch sind sie extrem schwach. Ohne meinen präparierten Ausdruck als Beobachtungshilfe wäre die erste Identifizierung nicht möglich gewesen.

 

Deutung: 

Nach O'Dell expandiert der Helix Nebel entlang zweier Hauptachsen. Die erste verläuft von Südost nach Nordwest. Auf dieser Achse lassen sich zwei Ausbrüche erkennen. Der ältere hat die äußerste Südost- und Nordwestspitze geformt ("southeast/northwest outer feature"), der jüngere dagegen die entsprechenden inneren Spitzen ("southeast/northwest plumes").

 

Die zweite Achse verläuft dagegen in Ost-West Richtung. Auch hier haben offenbar zwei Ausbrüche stattgefunden. Der ältere hat den äußersten Ring ("outermost ring") hervorgebracht, der jüngere den äußeren Ring ("outer ring"), der noch im Innenbereich des Nebels liegt. Nach O'Dell umfaßt der äußere Ring den inneren Ring, d.h. die durchsichtige Scheibe im Zentrum des Nebels, und ist gleichzeitig um etwa 30° gegen ihn geneigt. Dadurch entsteht der Eindruck einer Helix.

 

Der äußerste Ring ("outermost ring") ist an der Nordostseite gestaucht, wohl weil er hier auf bereits vorhandenes, interstellares Material stößt. Der Zentralstern bewegt sich übrigens genau in diese Richtung. Durch die Stauchung entsteht der Nordostbogen („northeast arc“) als diejenige Struktur, die am deutlichsten im Okular zu sehen ist.

 

Die Lage der beiden Hauptachsen sowie die beiden Ausbrüche entlang jeder der beiden Achsen lassen sich also am Okular nachvollziehen.

 

Der Nordostknoten („northeast object“), die nordöstliche Schockfront („northeast shock“) und das "east outer feature" konnten ebenfalls teleskopisch wahrgenommen werden. Allerdings liegen sie auf keiner der beiden Hauptachsen. Eine zureichende wissenschaftliche Erklärung für diese Strukturen wurde noch nicht gefunden.

 

Während der Beobachtung habe ich auch versucht, die Knoten im Inneren des Helix-Nebels zu erfassen, die auf den Hubble Aufnahmen sehr schön zu erkennen sind. Sie finden sich vor allem am äußeren Rand der durchsichtigen inneren Scheibe, und zwar im Norden, wo eine Ecke dichteren Materials in die Scheibe hineinragt. Leider habe ich diese Objekte im Okular nicht erkennen können.

 

Hier die Schmalbandaufnahme von Martin Pugh (APOD, 4. Oktober 2012) zum Vergleich:

 

Mit freundlicher Genehmigung von Martin Pugh

 

 

 

 

 

 

 

 

English version

Observing Project #3

 

The Geometry of the Helix - Faint Halo Structures in NGC 7293

The Helix nebula is one of the best known plantery nebulae. Among all objects of this kind it is the closest one to us and, set aside some Abell nebulae, also the largest one. Like many other planetary nebulae, it is embedded in a faint outer halo extending far beyond the immediately visible inner part. This project is dedicated to the visual observation of the Helix's outer halo structures and to the conclusions that can be drawn from there to the true geometrical shape of this object.

 

The idea for this observing project came first when I read an article by C.R. O’Dell et al.:  „Unraveling the Helix Nebula: Its Structure and Knots“, in: The Astronomical Journal 5/128, 2004).The authors show that the true geometrical shape of the Helix nebula is not that of a helix. Their analysis of the halo structures reveals that the central star ejected matter along two main axes in several outbursts. They summarize their findings in this sketch (Figure 20):

 

Reproduced by permission of the AAS

 

I have tried to observe visually the faint halo structures described in the article, and to retrace the geometry of the Helix nebula in the eyepiece.

 

For preparation of my observations I looked for drawings by visual observers, that do not only cover the central portions of the nebula, but also the outer features. Unfortunately, I could not find anything.

 

Therefore I made a printout of the DSS image of the area, which faintly shows some of the halo structures. Furthermore I used Figure 20 from O'Dell's article to mark more of these structures on the printout. For the same purpose I employed Martin Pugh's APOD (October 4, 2012) - a very deep narrow band image showing the halo of the Helix nebula clearly.

 

With the aid of this printout I studied the Helix nebula for several nights, mostly at 150x with O III and UHC filters. During observation I marked all the halo features on my sheet that I could perceive in the eyepiece. Finally I copied all markings made during observation to a fresh DSS printout and labeled them according to O'Dell's nomenclature. This is my final product:

 

 

 

My drawing is not meant to give a true rendering of the view in the eyepiece, but only to indicate which outer halo structures I could visually perceive.

 

Result:

The "northeast arc" is easiest to see. It is relatively wide, contrasty, and perceptable on its entire length. The eastern flank of the "southeast outer feature" is also clearly visible. The tip of the "east outer feature" and the "northeast object" could be seen indirectly. The "northeast object" resembles a faint face-on galaxy, but it is really a part of the nebula. The other halo structures marked in my sketch could also be perceived in a reproductable way, but they are extremely faint. Without my observing aid I would not have been able to identify them first.

 

Interpretation: 

According to O'Dell, the Helix nebula expands along two axes. The first axis extends from southeast to northwest through the center of the nebula. In the history of the Helix nebula, there were two outbursts along this axis, the older one forming the "southeast" and "northwest outer features", the younger one creating the "southeast and "northwest plumes".

 

The second axis, according to O'Dell, is aligned east-west. There were two outbursts along this axis as well, the older one creating the "outermost ring", and the younger one forming the "outer ring". For O'Dell, the "outer ring" surrounds the "inner ring" (i.e. the clear disk in the very center of the nebula), but it is tilted towards it by ca. 30°. This geometrical situation creates the illusion of a helix shape. The "outermost ring" is compressed at its northeast edge, probably by interstellar material in the area. The compression produces the "northeast arc" making it the easiest perceptable part of the outer halo.

 

Thus, the two axes of expansion and the two outbursts along each of these axes can be retraced by visual observation.

 

The "northeast object" as well as the "northeast shock" and the "east outer feature" could be seen in the eyepiece. However, these features are not located on either of the two axes. A scientific explanation of these structures has not been found so far.

 

During my observing sessions I also looked for the knots in the inner disk of the Helix nebula. They are located towards the northern rim of the inner disk, where some darker material extends into the clear central opening. These knots look wonderful in the Hubble image, but I could not see them through my telescope.

 

Finally the APOD (October 4, 2012) by Martin Pugh for comparison:

 

Reproduced by kind permission of Martin Pugh