Dez. 2012/Jan. 2013: NGC 6946, eine große Spiralgalaxie im Cepheus

17. Dezember 2012 - g.grutzeck

Spiralgalaxien erscheinen uns am schönsten, wenn wir sie in der direkten Draufsicht anschauen können. Eine dieser prächtigen "face-on"-Galaxien ist NGC 6946 im Sternbild Cepheus. Sie liegt etwa 2° südwestlich des Sterns Eta Cephei. Ihre Rektaszension (2000.0) beträgt 20 h 34 min 52 s, die Deklination +60° 09′ 13". Heute wissen wir: NGC 6946 befindet sich außerhalb Lokalen Galaxiengruppe, zählt aber zu den nächsten Nachbarn der Milchstraße. Die Spirale ist vom Typ Sc, so wie bei M 33 im Dreieck. Der scheinbare Durchmesser beträgt 11,5′ x 9,8′ [1]. Etwa 38′ nordwestlich von NGC 6946 liegt der offene Sternhaufen NGC 6936. Werden Brennweite und Chipgröße passend gewählt, bekommt man beide Objekte ins Bildfeld (Abb. 1, Abb. 2).
Wie weit ist NGC 6946 entfernt? Die Entfernungsbestimmung über die Radialgeschwindigkeit ist gerade bei nahen Galaxien wegen der Streuung ihrer Eigenbewegungen ein Problem. Daher sind andere Methoden gefragter, z.B. die Entfernungsbestimmung mit Hilfe von Veränderlichen oder Supernovae, anhand der Auflösbarkeit in Einzelsterne, über die Fotometrie der hellsten Einzelsterne oder die mittlere Größe von H II-Regionen. Eine Schwierigkeit kommt bei NGC 6946 hinzu: Die Galaxie liegt nur 11,7° über dem galaktischen Äquator. Ihr Licht wird durch interstellare Materie unserer Milchstraße merklich geschwächt und auch "gerötet". Aber um welchen Betrag? NGC 6946 erscheint deshalb auf Aufnahmen gelblicher. Sehr schön kommt dies in Abb. 3 zum Ausdruck. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Absorption am Ort von NGC 6946 im blauen Licht ca. 1,5 mag beträgt, wurde über die Fotometrie der drei hellsten blauen Sterne eine Entfernung von 22 Millionen Lj gefunden [2]. Im Jahre 2004 leuchtete eine Supernova in der Galaxie auf. Damit ließ sich ihre Entfernung auf 18,6 Millionen Lj abschätzen [3]. Nimmt man den Mittelwert beider Angaben – nämlich 20,3 Millionen Lj – so ergibt sich für die Galaxie ein wahrer Durchmesser von 68.000 Lj. NGC 6946 wäre damit um etwa 40% größer als M 33 in unserer Lokalen Gruppe.
Jetzt zu den astrofotografisch interessanten Eigenschaften. NGC 6946 hat eine scheinbare visuelle Helligkeit von 8,88 mag und eine scheinbare Blauhelligkeit von 9,68 mag. Das bedeutet einen mittleren Farbindex B-V = 0,8 mag, d.h. NGC 6946 ist im Mittel betrachtet weißgelb. Natürlich treten auch farbkräftigere Strukturen auf (Abb. 4 – 8). Die Bilder zeigen einen gelben Kern mit gelblicher Zentralregion, dazu Spiralarme, die innen eher weißlich, außen aber klar bläulich hervortreten. Von ihrer Flächenhelligkeit her ist NGC 6946 ziemlich lichtschwach, mit 8,88 mag und 11′ x 9,8′ kommt sie im Mittel auf 22,6 mag/arcsec2. Für den Astrofotografen bedeutet das: NGC 6946 muss sehr lange belichtet werden, ehe sich schwächere Details abzeichnen. In Abb. 8. liegt Norden auf etwa 1:30 Uhr. Der hellste Spiralarm im Nordosten von NGC 6946 beherbergt viele junge Sternentstehungsgebiete in Form markanter blauer Assoziationen, begleitet von etlichen H II-Regionen. In einer Arbeit von 1983 wurden mit dem 90-cm-Teleskop des amerikanischen Kitt Peak National Observatory 540 solcher H II-Regionen in NGC 6946 gefunden [4]. Abb. 9 zeigt einen Ausschnitt aus Abb. 8. Neben rot leuchtenden Gasnebeln ist auch eine auffällige runde Sternentstehungsregion sichtbar. Sie durchmisst 15", was einem wahren Ausmaß von nahezu 1500 Lj entspricht, und ist deutlich in blaue, sternförmige Objekte aufgelöst. Schon 1967 hat P.W. Hodge dieses Objekt mit dem 3-m-Spiegel des Lick Observatory entdeckt, es aber wegen der grauseligen Auflösung des Plattenmaterials fälschlicherweise als Super-Supernovaüberrest interpretiert [5]. 2001 wurde dieses Gebilde mit dem Hubble Space Telescope untersucht (Abb. 10). Im Inneren gibt es ein helles sternförmiges Objekt, einen Supersternhaufen, den wir in Abb. 9 aber bereits sehr deutlich erkennen. Er ist etwa 12 Millionen Jahre alt [6] und mit insgesamt 1,7 Millionen Sonnenmassen ist er auf dem Weg, sich zu einem Kugelsternhaufen zu entwickeln [7]. Seine absolute Helligkeit von -13,2 Mag macht ihn 15-mal leuchtkräftiger als Omega Centauri. Ein Jahr später wurden weitere 18 Sternhaufen in diesem runden Gebilde entdeckt [8].
In Abb. 11 habe ich das originale Farbbild von Abb. 8 in das invertierte Schwarzweißbild gesetzt. So kommt NGC 6946 in ihrem "gewohnten Anblick" gut zur Geltung. Da das invertierte Schwarzweißbild aber im Kontrast kräftig angehoben ist, zeigen sich bisher kaum bekannte extrem schwache Spiralarme, die deutlich über den gewohnten Galaxienkörper hinausragen, besonders am Nordrand von NGC 6946. Diese äußere Spiralarmstruktur von 26 – 28 mag/arcsec2 (!) ist schon aus Untersuchungen von 1998 bekannt ([9] und Abb. 12). Dennoch hat bisher niemand korrigierte Daten für NGC 6946 angegeben. Daher soll aus Abb. 8 jetzt ein quantifiziertes Ergebnis abgeleitet werden.
Die beiden orangefarbenen Sterne parallel zur oberen Bildlängskante haben einen Abstand von 962". Das ergibt sich aus ihren Koordinaten, soll aber hier nicht vorgerechnet werden. Dieser Sternabstand, so kann man im Bild nachmessen, beträgt 1980 Pixel. Wird der Durchmesser von NGC 6946 bis in die lichtschwächsten Außenpartien gemessen, so ergeben sich 1947 Pixel (vielleicht könnte man sogar noch etwas mehr ansetzen). Das entspricht einem Winkel von 946" Ëœ 15,8′. Dies ist beträchtlich größer als die eingangs zitierten 11,5′.
Abb. 13 zeigt eine invertierte Darstellung von Abb. 6 und wurde nach dem gleichen Verfahren bearbeitet wie Abb. 10. Dieses Bild bestätigt die schwächsten Spiralarme von NGC 6946 recht gut, so dass nicht nur ein einziges Bild zur Überprüfung der Außenstruktur der Galaxie herangezogen wurde.
NGC 6946 ist also beträchtlich größer und kommt für die Entfernung von 20,3 Millionen Lj auf einen wahren Durchmesser von 93.300 Lj. Dieser Wert ist durchaus mit dem Durchmesser der Milchstraße vergleichbar! Über zwei ähnliche Fälle habe ich schon berichtet, einmal über die wirkliche Ausdehnung der Galaxie IC 342 [10] und weiterhin auch über den erheblich größeren Durchmesser von M 101 [11]. Zitat: "Die Auswertung eines extrem tiefen Bildes (von Fabian Neyer) liefert uns für M 101 einen neuen scheinbaren Durchmesser von 29,3′ x 38,5′. Damit wächst der echte Durchmesser der Galaxie auf sagenhafte 235.000 Lj an." Interessanterweise erschien wenige Monate nach Publikation dieses AdMs ein professionelles Preprint zur ausgedehnten optischen Scheibe von M 101 [12]. Und nun liefern sehr tief belichtete Amateuraufnahmen von NGC 6946 wieder einmal neue Durchmesserwerte und korrigieren traditionelle Vorstellungen!
Das letzte Bild (Abb. 13) zeigt den direkten Vergleich zwischen der tiefen, invertierten Aufnahme mit dem Teleskop Ganymed und der professionellen Aufnahme in Ha + [N II] von [F] aus dem Jahre 1998. Dazu wurden beide Bilder auf denselben Maßstab gebracht und im richtigen Winkel zueinander orientiert. Auch ein kritischer Betrachter muss zugeben: Die Übereinstimmung der äußeren Spiralarme ist verblüffend – bloß ist der visuelle Eindruck des Amateurbildes von Josef Pöpsel und Stefan Binnewies beeindruckender.

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Abb. 1: Galaxie NGC 6946 mit Sternhaufen NGC 6936, 6"-Newton f = 750 mm, SBIG ST-8300C, Belichtungszeit: 4 x 900 s, Ort: Sternenwelt Vogelsberg, 13.09.2012, Autor: Antonius Recker. Abb. 2: NGC 6946 mit NGC 6936, GSO680 (8"-Newton), f = 800 mm, Canon EOS 500D, Belichtungszeit: 240 x 30 s (2 h) ohne Nachführkontrolle bei ISO 1600, Montierung: Skywatcher NEQ6 Pro SynTrek, Ort: Redortiers, Südfrankreich, 05.09.2010, Software: DeepSkyStacker, Endbearbeitung mit PixInsight, Photoshop und Regim, Autor: Stephan Küppers.
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Abb. 3: NGC 6946, 12-Zoll-Newton f/4,5 mit CCD-Kamera Atik 16 HR, LRGB-Filter des Typs IIC von Astronomik, Belichtung für L 16 x 10 min aus LRGB, für R 4 x 600 s, für G 4 x 550 s und für B 4 x 644 s, Ort: Balkonsternwarte in Leopoldshöhe, Autor: Oliver Schneider. Abb. 4: NGC 6946, TEC Apochromat 140 mm / 980 mm, CCD-Kamera ATIK 4000, LRGB-Filtersatz von Baader, Belichtung: 16 x 900 s (L), 7 x 900 s (R und G), 11 x 900 s (B) – in Summe 10 h 15 min (plus 18 Darks, 18 Flats incl. 20 Bias), Montierung: Celestron CGE, Nachführung über OAG 27 mit Starlight Express Lodestar, Software: MaxImDL, Fitswork4, Finish mit PS CS4, Ort: Mondsee (Salzkammergut), Datum: 7.-10.9.2012 jeweils zwischen 23:00 – 04:00 Uhr MESZ, Autor: Horst Ziegler.
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Abb. 5: NGC 6946, Planewave 12.5" CDK bei f = 2541 mm (f/8), CCD-Kamera: FLI ML 16803-65, Belichtungszeit ca. 30 h. Die Aufnahme zeigt ca. 95% des kompletten Kamerafeldes. Mischung der Farben: (L+Ha)+(R+Ha)+ G + B. Ort: Balkonsternwarte in Remseck am 08.10.2011, Autor: Rolf Geissinger Abb. 6: NGC 6946, 7"-Maksutov-Cassegrain, f = 1800 mm, CCD-Kamera QSI 540wsg monochrome, L: 18 x 600 s (ohne Binning), R: 13 x 300 s, G: 11 x 300 s, B: 12 x 300 s (Farben zweifach gebinnt), Astrodon True Balance II RGB Filter-Set, Autor: Mark Hellweg.
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Abb. 7: NGC 6946 am 15.10.2006., 200-mm-Apochromat, f = 2000 mm, ST-10XME, L: 5 x 15 min, Ha: 3 x 15 min, R und G: je 3 x 10 min, B: 6 x 10 min, L und Ha ohne Binning, Farben mit 2×2-Binning, Autor: Ralf Mündlein, Bildbearbeitung: Volker Wendel. Abb. 8: NGC 6949, 60-cm-Hypergraph "Ganymed" bei f = 4940 mm mit SBIG STL-11000M, L: 21 x 15 min, RGB: je 5 x 15 min, wegen FWHM = 1,4" alles ungebinnt, ferngesteuert belichtet von Deutschland aus am Skinakas Observatorium (Kreta), 23.-25.08.2009, Bildautoren: Josef Pöpsel und Stefan Binnewies.
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Abb. 9: Ausschnitt aus Abb. 8, Nordwestbereich von NGC 6946. In der Bildmitte liegt ein blaues, rundes Sternentstehungsgebiet von 15 Bogensekunden Durchmesser, aufgelöst in Einzelsterne. Abb. 10: Mit dem Weltraumteleskop Hubble entstand diese Teilansicht von NGC 6946 (nach [8]).
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Abb. 11: In der invertierten und kontrastverstärkten Abb. 8 wird ersichtlich: NGC 6946 besitzt im Außenbereich sehr schwache Spiralarme, die den Galaxiendurchmesser auf 15,8′ vergrößern. Abb. 12: Aufnahme von NGC 6946 in Ha + [N II] mit subtrahiertem Kontinuum (nach A.N.M. Ferguson et al. 1998). Der optische Galaxiendurchmesser bis 25 mag/arcsec2 ist markiert. Außen bilden H II-Regionen schwache Spiralarme.
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Abb. 13: Auch die invertierte Abb. 6 zeigt die ausgedehnte äußere Spiralstruktur. Abb. 14: Die ausgedehnte Spiralstruktur von NGC 6946, Vergleich zwischen Amateuraufnahme (links) und professioneller Interferenzfilteraufnahme (siehe Abb. 11).

Quellen:
[1] I.D. Karachentsev et al. (2004): A catalog of neighboring galaxies; Astronom. Journal 127, 2031-2068
[2] I.D. Karachentsev, M.E. Sharina, W.K. Huchtmeier (2000). A group of galaxies around the giant spiral NGC 6946; arXiv:astro-ph/0010148 v1 7 Oct 2000
[3] D.K. Sahu et al. (2006). Photometric and spectroscopic evolution of the Type IIP supernova SN 2004et; Mon. Not. Roy. Astr. Soc. 372, 1315-1324.
[4] P.W. Hodge, R.C. Kennicutt Jr. (1983). An Atlas of H II regions in 125 galaxies; Astronom. Journal 88, 296-328
[5] P.W. Hodge (1967). A Possible "Super-Supernova" Remnant in NGC 6946; PASP 79, 29 (2/1967)
[6] Y.N. Efremov et al. (2002). 6-m telescope spectroscopic observations of the bubble complex in NGC 6946; Astron. & Astrophys. 389, 855-870 (7/2002)
[7] S.S. Larsen et al. (2001). Structure and Mass of a Young Globular Cluster in NGC 6946; Astrophys. Journal 556, 801-812 (8/2001)
[8] S.S. Larsen et al. (2002): Hubble space telescope imaging of a peculiar stellar complex in NGC 6946; Astrophys. J. 567, 896-914 (3/2002)
[9] A.M.N. Ferguson et al. (1998): Discovery of recent star formation in the extreme outer regions of disk galaxies; Astrophys. Journal 506, L19-L22
[10] P. Riepe (2011): Die benachbarte Galaxie IC 342 (Teil 2), ihre wirkliche Ausdehnung; VdS-Journal für Astronomie Nr. 36, 42-45 (1/2011)
[11] P. Riepe (2012): Die Spiralgalaxie Messier 101. Teil 1: Das Erscheinungsbild; Astromotiv des Monats für Aug./Sept. 2012, siehe http://www.vds-astro.de/
[12] J.C. Mihos et al. (2012): The Extended Optical Disk of M101; arXiv:1211.3095v1 [astro-ph.CO] 13 Nov 2012