Dezember 2007 – Die Spiralgalaxie Messier 33

9. März 2008 - g.grutzeck

Im Sternbild Dreieck (Triangulum) gibt es einige Galaxien, von denen die M33 die wohl bekannteste ist. Erwähnenswert sind noch NGC 925 und NGC 672. M33 gehört mit dem Andromedanebel M31 und unserer Milchstraße zu den drei großen Galaxien der Lokalen Gruppe, die darüber hinaus noch viele Zwerggalaxien beherbergt.
M33 wurde im Jahre 1764 von Charles Messier entdeckt. Er beschrieb sie als gleichförmig weiß. Im Gegensatz dazu bemerkte Lord Rosse bei Beobachtungen mit dem 72´´-Reflektor auf Birr Castle in Irland eine s-förmige Gestalt, deren Arme voll von knotigen Details erschien. Damit war Rosse vermutlich der erste Beobachter, der die Spiralstruktur erkannte.
Die Koordinaten (2000.0) von M33 betragen RA = 01 h 33.9 min, DEK = +30° 39’. Die Spiralgalaxie vom Typ Sc ist nach Schätzungen aus Cepheidenhelligkeiten etwa 2.7 Millionen Lj entfernt [1], mit Hilfe der hellsten Roten Riesen ergeben sich 3 Millionen Lj [2]. Demnach liegt der Galaxiendurchmesser bei etwa 50000 Lj. M33 lässt sich wegen ihrer relativen Nähe und wegen der nahezu “face on”-Draufsicht fotografisch sehr leicht in Einzelsterne auflösen. Eine ausgedehnte Untersuchung der Einzelsterne stammt von [3]. Das Problem war die Trennung der M33-Sterne von schwachen Sternen unserer eigenen Milchstraße. Demnach hat der hellste blaue Stern in M33 V = 15.25 mag, der hellste Rote Überriese V = 16.5 mag. Unter den helleren Sternen gibt es auch eine Fülle von Veränderlichen, so beispielsweise “Romano´s Star” [4/5], einen wahrscheinlichen Kandidaten für einen LBV (Luminous Blue Variable). Solche Veränderlichen sind durch eine hohe Leuchtkraft gekennzeichnet. Sie repräsentieren eine kurzlebige Zwischenstation zwischen massiven Hauptreihensternen mit Wasserstoffbrennen und Wolf-Rayet-Sternen mit Heliumbrennen. Einen Teil der Lichtkurve zwischen 1960 und 1978 zeigt Abb. 12. Der LBV ist klar zu erkennen!
M33 hat einen scheinbaren Durchmesser von ca. 62´ x 39´ bei einer scheinbaren visuellen Gesamthelligkeit von 5.7 mag. Das führt zu einer mittleren Flächenhelligkeit von etwa 23 mag pro Quadratbogensekunde. M 33 ist also nicht allzu hell, so dass sie für visuelle Beobachtungen mit dem bloßen Auge problematisch bleibt. Man benötigt für ihre Beobachtung in der Regel mindestens ein Fernglas. M33 hat Ähnlichkeit mit der Spiralgalaxie NGC 2403 im Sternbild Camelopardalis. Insgesamt ist sie blauer als der Andromedanebel, ein Zeichen für viele junge, neu entstandene Sterne und Assoziationen. Dies täuscht nicht, denn der Farbindex von B – V = 0,2 entspräche einem blauen Spektraltyp A7 [6]. Eine andere Quelle gibt B – V = 0.55 an, was schon deutlich weißer ist [7]. Die Sternbildung wird auch an den vielen roten HII-Regionen sichtbar, die die groben Spiralarme bevölkern. HII-Regionen sind grundsätzlich Orte, an denen Sternentstehung stattfindet oder kürzlich stattgefunden hat.
Die größte ist die Riesen-HII-Region NGC 604. Mit etwa 1500 Lj Durchmesser ist sie mit dem bekannten Tarantelnebel in der Großen Magellanschen Wolke vergleichbar. In NGC 604 gibt es mindestens 4 massive junge Sternhaufen, die die umgebende gasförmige Materie ionisieren. Sie umfassen ungefähr 9 bis 12 Wolf-Rayet-Sterne [7] und geschätzte 190 Sterne vom Spektraltyp O9.5 und früher [8]. Unter diesen Sternen mit frühen Spektraltypen sind etliche mit 15 bis 60 Sonnenmassen! Insgesamt liegen in NGC 604 Sterne von ca. 10000 Sonnenmassen vor. NGC 604 kommt auf ein Alter um 3.5 Millionen Jahre [9/10]. Auch NGC 595 ist eine Riesen-HII-Region mit zahlreichen OB-Sternen, zuzüglich einiger Wolf-Rayet-Sterne. NGC 592 und 588 sind vom Alter her 1 Million Jahre älter und besitzen etwas geringere Massen.

HII-Region

RA(2000)

DEK(2000)

D(´´)

NGC 588

01 32 45.2

+30 38 54

50

NGC 592

01 33 00.1

+30 34 37

85

IC 131

01 33 15.0

+30 45 09

70

IC 132

01 33 15.8

+30 56 45

60

IC 133

01 33 15.9

+30 53 02

95

NGC 595

01 33 35.5

+30 41 52

110

IC 142

01 33 55.1

+30 45 22

30

NGC 604

01 34 33.2

+30 47 06

110

BCLMP 650

01 34 33.6

+31 00 21

50

Tab.: Einige größere HII-Regionen in M 33 (nach Datenbank SIMBAD [11]). Neben den Koordinaten ist auch der scheinbare Durchmesser in Bogensekunden angegeben.
Sensationelle Aufnahmen von M33 brachten G. Courtès und Kollegen in den 80er Jahren zustande. Am 6-m-Teleskop in der UdSSR fertigten sie Interferenzfilteraufnahmen an, welche Blasengebilde und Bögen zeigten, die man bis dato noch nicht kannte. In der Originalarbeit [12] ist leider das Gesamtbild nicht aufgeführt, welches ich von einer Ausgabe des “ESO Messenger” noch bestens in Erinnerung habe. Anmerkung: Blasen und Bögen kennen wir beispielsweise von Barnard´s Loop im Orion oder von NGC 6888 im Schwan. Solche Objekte zeugen von starker Dynamik. Der Strahlungsdruck und die Sternwinde massereicher Wolf-Rayet-Sterne können gewaltige Bögen aufblasen. In M33 ist IC 131 ein solches Gebilde, welches aber vom Amateur lange Brennweiten und sehr kräftige Belichtung erfordert. Hellere Blasenobjekte sind BCLMP 650 und NGC 588. Beide sind auf einigen der hier gezeigten Aufnahmen bereits mit ihrer Schalenstruktur aufgelöst. Im Inneren von NGC 588 liegt der WR-Stern [BCM85] 8 mit einer Helligkeit von knapp über 17 mag – kein Problem.
Auch Supernovareste waren Ziel der großteleskopischen Suche. In den 90er Jahren wurden (nur Info für die tiefer Interessierten!) zwei wesentliche Arbeiten publiziert, deren Lesen echt Spaß macht [13/14]. Da die Objekte jedoch sehr klein sind (kein Wunder bei der Entfernung), kommen sie als Objekte für Amateur-Astrofotografen wohl kaum in Frage.

Bild 1 Bild 2
Abb. 1: Bernd Koch gelang diese Aufnahme am 3. September 2005 von seiner Sternwarte in Sörth/Westerwald. Er setzte einen 130-mm-Refraktor (Starfire von Astro-Physics) ein, mit einer Bildfeldebnungslinse f/6.8 bzw. 880 mm Brennweite. Mit einer von Hutech modifizierten Canon EOS 20D wurden bei Einstellung von ISO 800 und Verwendung eines IDAS-Filters achtmal 10 Minuten belichtet. Nach jeder Einzelaufnahme folgte kameraintern die Dunkelfeldkorrektur. Die Rohbilder wurden ins 16bit-Format (RGB-FITS) umgewandelt und mit ImagesPlus 2.50 aufaddiert. Aus dem RGB-Bild wurde ein rauscharmes Luminanzbild erzeugt, alles wurde zu einem LRGB-Bild in Photoshop CS2 verarbeitet. Das Bild wurde anschließend mittels Canon Low Noise Reduction geglättet. Osten ist in dieser Abbildung oben, Norden rechts. Neben den lockeren bläulichen Spiralarmen erkennt man farblich deutlich differenziert den gelblichen Galaxienkern. Norden ist rechts. Abb. 2: Zur Gegenüberstellung ein konventionelles Foto, das von Heinrich Weiß stammt. Er nahm M33 am 17. November 2001 mit seinem Celestron 14 auf. Bei f/5.5 fertigte er auf Kodak Elitechrome 200 zwei Einzelaufnahmen an, einmal 70 Minuten belichtet, danach 90 Minuten. Beide Bilder wurden digital addiert. Aufnahmeort war die Ebenwaldhöhe in Österreich. Norden ist oben.
Bild 3 Bild 4
Abb. 3: Manfred Konrad nahm M 33 von seiner Gartensternwarte in Laupheim auf. Teleskop war ein 12-Zoll-Newton auf einer Montierung Fornax 51. Die Kamera war eine umgebaute Canon EOS 300 D (mit IR-Sperrfilter von Baader). Um die zahlreichen H II-Regionen gut abbilden zu können, wurde ein H-Alpha-Filter eingesetzt (HWB = 45 nm, ebenfalls von Baader). Die Grundbelichtung von M 33 betrug 8 x 10 Minuten, dazu kam dann die nochmals 10 x 10 Minuten belichtete H-Alpha-Aufnahme. Vom Galaxienzentrum aus liegt Norden auf 4 Uhr. Abb. 4: Jürgen Wohlfahrt fotografierte M33 am 15.09.2007 in Solingen. Dabei setzte er einen Orion UK Foto Newton (200 mm /800 mm) ein. Als Kamera kam eine modifizierte Canon EOS 300D zum Zug. Baader MPCC und IDAS LPS wurden ebenso eingesetzt. Die Nachführung geschah mit einem Leitrohrohr Orion 80ED in Kombination mit einer Philips ToUCam und AstroArt. Belichtungsreihen: 10 x 5 min und 5 x 8 min mit DSLR Focus, ebenso die Darkaufnahmen. Bildbearbeitung: FitsWork, AstroWorks und Photoshop CS2. Norden rechts.
Bild 5 Bild 6
Abb. 5: Günter Emrich, Klaus Eder und Harald Strauss nahmen M 33 an der Sternwarte Gahberg (Salzkammergut) mit einer SBIG ST-8 ohne Binning auf. Die Belichtungszeit ist leider unbekannt. Aufnahmeteleskop war ein 14-Zoll-Hypergraph, auf 1020 mm Brennweite reduziert. Man sieht die äußeren Spiralarme wegen des Schwarzweißkontrastes bereits sehr schön in Einzelsterne aufgelöst. Norden ist oben. Abb. 6: Bernhard Hubl richtete am 16.12.2006 seinen 4-zölligen Refraktor Televue NP101 mit 540 mm Brennweite auf M33. Er belichtete das Luminanzbild 312 min, RGB bei leichtem Nebel insgesamt 600 min mit einer SBIG ST-2000XM. In allen Kanälen wurde ohne Binning (!) gearbeitet. Aufnahmeort war Steinbach/Ziehberg (920 m Höhe). Bemerkenswert ist der schwache, weit nach Norden reichende Spiralarm.
Bild 7 Bild 8
Abb. 7: Günter Kerschhuber nahm M33 von Kirchdorf (900 m Höhe) auf. Er schaffte am 27./28.10.2005 dieses H-Alpha-LRGB von insgesamt 9 Stunden Belichtung. Die Starlight SXV-H9 wurde ohne Binning (!) betrieben. Als Teleskop diente wie bei Bernhard Hubl ein 4-zölliger Refraktor Televue NP101 mit f = 540 mm. Der H-Alpha-Filter hatte 13 nm HWB. Das brachte eine enorme Tiefe in den erreichten HII-Regionen. Vom Zentrum aus liegt Norden auf 5 Uhr. Abb. 8: Dieter Retzl erstellte am 17.11.2006 ebenfalls ein H-Alpha-LRGB, belichtete dabei 4 x 10 min für L und je 5 x 10 min für RGB mit einer Starlight SXV-H9 ohne Binning. Er nutzte einen APO-Refraktor 1:5,6/630 mm, die Nachführung geschah mit einer Webcam plus Leitrohr 100 mm/1000 mm. Aufnahmeort war Graz (770 m Höhe). Der H-Alpha-Filter hatte 13 nm HWB.
Bild 9 Bild 10
Abb. 9: Hannes Bachleitner gelang am 27.01.2006 diese monochromatische Aufnahme von M33 von Kallham/Österreich aus (400 m Höhe). Er nutzte einen kurzbrennweitigen 3-Zoll-Refraktor Borg 77ED von 500 mm Brennweite. Aufnahmekamera war eine Atik 16HR, belichtet wurde 20 x 7 min ohne Binning. Die Nachführung erledigte eine Starlight Xpress MX516. Abb. 10: Manfred Wasshuber nahm M33 am 11.01.2005 auf. Ort war Aigen/Österreich (500 m Höhe). Als Aufnahmeteleskop diente ein 90-mm-Refraktor von nur 407 mm Brennweite. Aufnahmekamera war eine Starlight HX916 (L ohne Binning, RGB 2×2-Binning). Die Belichtungszeit betrug 4 x 10 min (L) und jeweils 3 x 5 min (RGB). Nachgeführt wurde über einen Leitrefraktor mit ST-4.
Bild 11 Bild 12
Abb. 11: Übersicht über einige hellere und größere HII-Regionen in M33 gemäß Abb. 10. Mit “R” ist auch Romano´s Star markiert. Abb. 12: Lichtkurve von “Romano´s Star”.

[1] T.D. Kinman et al.: Variable stars in local group galaxies. I. M 33; AJ 93, 833 (1987)
[2] M. Kim et al.: Determination of the distance to M33 based on the tip of the red giant branch and the red clump; AJ 123, 244 (2002)
[3] R.M. Humphreys, A. Sandage: On the Stellar Content and Structure of the Spiral Galaxy M33; ApJ Supp. Ser. 44, 319-381 (1980)
[4] G. Romano: A New Variable Star in M33; A&A 67, 291-292 (1978)
[5] R. Kurtev et al.: Romanos´s Star in M33: LBV Candidate or LBV? Rev. Mex. Astr. Astrof. 37, 57-61 (2001)
[6] R. Burnham jr.: Burnham´s Celestial Handbook, Vol. 3, Dover Publ. New York 1978
[7] A. Hirshfeld, R.W. Sinnot: Sky Catalogue 2000, Vol. 2, Sky Publishing, Cambridge 1985
[8] L. Drissen et al.: The Wolf-Rayet star population in the most massive giant H II regions of M33; AJ 105, 1400 (1993)
[9] D.A. Hunter et al.: The Intermediate Stellar Mass Population in NGC 604 Determined from Hubble Space Telescope Images; ApJ 456, 174 (1996)
[10] A. Pellerin: Massive Star Content of Giant H II Regions in M33 and M101; AJ 131, 849-858 (2006)
[11] http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/
[12] G. Courtès et al.: H-alpha survey of M33 with the six-meter telescope Morphology of the general diffuse emission, evidence for a chaotic medium of bubbles and filaments; A&A 174, 28-56 (3/1987).
[13] R.C. Smith et al.: Optical Emission-Line Properties of M33 Supernova Remnants; ApJ 407, 564-578 (1993)
[14] S.M. Gordon et al.: A new optical sample of Supernova Remnants in M33; ApJ Supp. Ser. 117, 89-133 (1998)