Spektralanalyse von M 57

Im Mai 2001 haben wir mit dem Blaze-Gitter von Baader neben einigen Sternspektren auch das Spektrum von M 57 (Ring-Nebel in der Lyra) aufgenommen. Da das Bild eigentlich nicht so gelungen war, ist es ziemlich lange liegen geblieben, bevor wir uns nun doch an die Auswertung gemacht haben. Die Ergebnisse sind aber ganz passabel.

Bild 1 zeigt das aufgenommene Spektrum als CCD-Bild. Dieses Bild wurde dann extrem kontrastverstärkt, um zunächst einmal die einzelnen "Ringe" des Spektrums optisch zu identfizieren (Bild 2).

Bild 1: Das Spektrum von M 57

Bild 2: M 57-Spektrum, extrem kontrastverstärkt

In Bild 1 ist noch nicht viel zu erkennen, ausser dass die Nachführung nicht so gut gelungen ist. Bei Bild 2 wurden das Photo vertikal gespiegelt, damit die langen Wellenlängen auf der rechten Seite des Bildes liegen. Zwei Spektrallinien, oder besser "Spektralringe", kann man in Bild 2 ganz deutlich erkennen. Bei genauem Hinschauen ist jedoch auf der linken Seite des Bildes, etwa an der Grenze des ersten Drittels, noch ein weiterer ganz schwacher Ring zu erahnen. Zur Verdeutlichung haben wir diesen Bereich durch einen weißen Kasten in Bild 2 markiert.

So, nun wird unser Spektralanalyse-Programm "SkySpec" aufgerufen. Das Spektrum soll nun importiert werden. Idealerweise wählt man einen Bereich aus, in dem keine Sterne enthalten sind, um so keine "falschen" Linien zu erhalten. Das Ergebnis kann man in Bild 3 bewundern. Das Spektrum ist noch nicht kalibriert, auf der X-Achse ist noch die Einheit "Pixel" aufgetragen.

Bild 3: Das M 57-Spektrum im Analyseprogramm "SkySpec"

Nun geht es an die Kalibrierung des Spektrums. Dazu wollen wir uns zunächst einmal eine Farbaufnahme von M 57 ansehen (Bild 4).

Bild 4: Farbaufnahme von M 57

Bei dieser Aufnahme ist zu beachten, dass die dargestellten Farben eigentlich nicht stimmen (siehe: Das Problem mit den Farben). Für unsere Überlegungen spielt das zunächst jedoch keine Rolle. Wir wissen, dass das Spektrum von M 57 von den chemischen Elementen Wasserstoff (rot) und Sauerstoff (grün)  aufgebaut wird. Alles, was in Bild 4 blau ist, müsste also eigentlich grün sein. Was jedoch viel wichtiger für unsere Analyse ist, ist die Tatsache, dass der rote Bereich des Rings (Wasserstoff) aussen liegt und somit etwas größer ist, als der Bereichs des Sauerstoffs (hier blau).

Wir wollen uns nun Bild 3 etwas genauer ansehen.

Da das Spektrum ohne Spalt aufgenommen wurde, haben wir keine Spektrallinien auf dem CCD-Bild erhalten, sondern vollständige Abbildungen derjenigen Bereiche von M 57, welche die einzelnen Emissionen (Wasserstoff und Sauerstoff) "bedecken". Darum die mehrfache, sehr ähnliche Abbildung von M 57 in Bild 1 und 2. Jede Abbildung markiert nun eine bestimmte Emission. Wenn wir nun ein Profil aus Bild 1 in das Spektralanalyseprogramm laden, erhalten wir kein korrektes Spektrum, da die einzelnen Emissionen als Ringe abgebildet sind. Es entstehen im Spektrum in Bild 3 die beiden "Doppelpeaks", da die Emissionen am Rand der einzelnen ringförmigen Abbildungen stärker ist als in der Mitte.

Und nun spielt die Feststellung, dass der rote Ring etwas grösser als der blaue ist, eine sehr wichtige Rolle. Wenn wir in Bild 3 den Abstand der beiden rechten und der beiden linken Peaks ermitteln, stellen wir folgende Ergebnisse (Tabelle 1) fest:

Tabelle 1: Die Abstandsmessung der beiden Doppelpeaks

Im rechten Doppelpeak ist der Abstand der Einzelpeaks als grösser. Diese Auswertung sagt uns nun, dass der rechte Doppelpeak von der Wasserstoff-Linie H-alpha (rot) stammen muss, da dies der grössere äussere Bereich von M 57 ist. So, der Anfang ist gemacht. Demnach sollte der linke Doppelpeak vom Sauerstoff O III herrühren (grün). Nun wollen wir das Spektrum entsprechend mit SkySpec kalibrieren (Bild 5). Die Wellenlängen der zur Kalibrierung herangezogenen Linien sind in Tabelle 2 aufgelistet.

Tabelle 2: Referenzlinien für die Kalibrierung

Zu Tabelle 2 ist noch zu bemerken, dass die O III-Linie eigentlich eine Doppellinie ist (5006.8 und 4958.9 Angström). Dazu jedoch später mehr. Wir benutzen zur Kalibrierung zunächst einmal die 5008er-Linie.

Bild 5: Das kalibrierte M 57-Spektrum

Zur Kalibrierung des Spektrums wurde jeweils der linke Peak eines Doppelpeaks herangezogen. Diese Linien sind in Bild 5 entsprechend markiert. Auf der X-Achse des Spektrums ist nun die Wellenlänge in Angström aufgetragen.

So, was kann man sonst noch an dem Spektrum sehen?

In unserem kontrastverstärken Astro-Bild (Bild 2) haben wir noch einen sehr schwachen Ring (markiert) auf der linken Seite des Bildes gesehen. Dieser Ring ist leider in unserem Spektrum garnicht auszumachen. Darum möchten wir einen kleinen Trick anwenden. Wir wollen das Photo und das Spektrum im gleichen Maßstab übereinanderlegen und dann eine Zuordnung im Spektrum versuchen (Bild 6).

Bild 6: Astro-Bild und Spektrum miteinander kombiniert

In Bild 6 haben wir dann auch schon (mit grünen Linien) den ganz schwachen Ring in das Spektrum projiziert. In dieser "Wellenlängengegend" befinden sich zwei weitere schwache O III-Linien (bei 3726.0 und 3728.8 Angström). Allerdings ist hier eine konkrete Zuordung nur mit sehr, sehr viel Mut möglich. Also lassen wir das!

Es gibt allerdings noch einen anderen Aspekt in unserem Spektrum, den man nicht so einfach unter den Tisch fallen lassen sollte. Die intensive O III-Linie in unserem Spektrum besteht, wie bereits oben erwähnt, eigentlich aus zwei Linien (Tabelle 3).

Tabelle 3: Die beiden intensiven O III-Linien

Beide Linien liegen ca. 50 Angström oder 5 Nanometer auseinander. Unser Spektrum hat eine "theoretische" Auflösung von etwa 11.5 Angström pro Pixel. Somit müssten die beiden O III-Peaks ca. 4 bis 5 Pixel auseinander liegen. Um das nachzuprüfen, wollen wir das Spektrum in der Wellenlängenachse etwas dehnen (Bild 7).

Bild 7: Das gedehnte Spektrum

Tatsächlich findet man in jedem Peak des O III-Doppelpeaks wiederum zwei Einzelpeaks, die etwa 50 Angström voneinander entfernt sind. Im rechten Peak sind die beiden Einzellinien gut zu erkennen. Im linken Doppelpeak kann man nur eine schwache Schulter an der rechten Flanke erkennen.

Allerdings müssen wir jetzt festellen, dass wir wohl die falsche O III-Linie zur Kalibrierung verwendet haben, da die zweite Linie bei ca. 5050 und nicht bei 4959 Angström liegt. Also müssen wir die Kalibrierung der Spektrums wiederholen. Diese Änderung hat aber nur sehr geringe Auswirkungen auf das Ergebnis. Trotzdem wollen wir das endgültige Ergebnis ist in Bild 8 darstellen.

Bild 8: Das endgültige Spektrum von M 57 mit korrigierter Kalibrierung

Damit wollen wir die Analyse des Spektrums von M 57 nun beenden. Es ist meiner Meinung nach erstaunlich, was sich selbst nur mit einem Gitter ohne Spalt für erstaunliche Ergebnisse erzielen lassen. Sicherlich werde ich in den nächsten klaren Nächten wieder einige Spektren aufnehmen. Diese Spektren werden Sie dann natürlich hier auf diesen Seiten finden.

Zurück