eyes4skies   ObsRep  


Beobachtungsbericht   09.-10.04.2023   (01/2023)

Schwarzwälder Balkon-Astronomie bei 21.6mag/□"


20" Dob auf Schwarzwald-Terrasse
Jetzt aber mal Licht aus, und 'Socken' hochgezogen - es ist kalt !



Beobachtungs-Daten

Beobachter: P. Surma
Datum/Zeit: 09.04.2023, 22:30 - 1:15 MESZ
Ort: HIHO
Kollegen: -

Sonne: Untergang 20:13 MESZ
Astronomische Dämmerung Ende 22:30 MESZ
Mond: Aufgang: 0:25 MESZ
Phase abnehmend, 85% beleuchtet

Wetter: klar
Temperatur: 8...5°C
Atmosphäre: Seeing gut
Himmel (SQM-L): 21.3 - 21.5 - 21.6 mag/sas

Teleskope: 20" f/4 Dob + 6" f/5 Newton Bigfinder
Montierung: Dobson (manuell)
Filter: Astronomik OIII, UHC, Hβ
Okulare:
(Dob /
Finder )

→ Details zu Teleskop/Technik
f [mm] 31 20 13 9 5 2.5







AP [mm] 7.8 5 3.3 2.3 1.3 0.65
V 65x 100x 155x 225x 400x 800x
Feld 1.25°
75'
0.8°
50'
0.5°
30'
0.36°
22'
0.2°
12'
0.1°
6'
Limit [mag] 15.8 16.5 16.9 17.1 17.0 16.9







AP [mm] 6.2 4.0 2.6 1.8 1.0 0.5
V 24x 38x 58x 83x 150x 300x
Feld 3.4° 2.2° 1.4° 1.0° 0.55°
33'
0.27°
16'
Limit [mag] 13.6 14.1 14.5 14.7 14.9 14.9


Objekte: Emmissions- und Reflexionsnebel (Neb):
      -
Dunkelnebel (DN):
      -
Galaxien (Gx):
      M108, NGC3631, NGC3718, NGC3729, NGC3733, NGC3737, NGC3737A, LEDA 94194, NGC4565
Lokale Gruppe (Gx-LG):
      -
Cluster (Gx-Cl) + Gruppen (Gx-Grp)
      Abell 1318, Hickson 56
AGN (Quasare, Seyfert, BL Lac):
      -
Planetarische Nebel (PN):
      M97 Owl
Planeten, Kleinplaneten, Monde:
      Venus
Sternhaufen:
      -
Sterne:
      -
Anderes:
      -


Bilder der Objekte: © STScI Digitized Sky Survey.   Alle Daten + Zeiten (in MESZ) aus Guide 9.1 soweit nicht anders angegeben. Klick auf das XRef -Symbol vor jedem Objekt springt meine Querverweis-Seite mit zusätzlichen Links + Infos. Click auf die #<name> links unterhalb von Überschriften springt zu diesem Kapitel und zeigt im URL-Fenster des Browsers die entsprechende Direkt-URL (f. Referenzierung von aussen). Maglimits der Okulartabelle sind gerechnet für optimale Bedingungen im Zenit und fst 6.5m. Meine subjektiven Highlights der Nacht sind gelb markiert.


Übersicht

(0)   Startup
(1)   M97/M108 (PN/GX, UMa) (PN/GX, UMa)
(2)   NGC3631 (GX, UMa)
(3)   NGC 3718/3729 und die 'Faden-Guppe' = Hickson 56 (GX, UMa)
(4)   NGC3733, NGC3737/A et al. und Abell 1318 (GX, UMa)
(5)   NGC4565 - The Needle (GX, Com)
(6)   Ein paar Galaxien - im Virgo-Cluster ? (GX, Vir)
          - M99
          - M98
          - NGC 4293
          - M85
(7)   Virgo - Galaxy Cluster in the Making
          - Kosmologisches Standardmodell  ΛCDM
          - Galaxien- und Cluster-Bildung
          - Virgo - ein Cluster in seiner Entstehung
          - Numerische Simulation
          - Raumstruktur
          - Geschwindigkeits-Struktur
          - Lokale Gruppe (LG) an Virgo-Cluster gebunden ?

FN   Final Notes


Diskussions-Threads



Einführung

In einer Woche Osterurlaub wird es ja wenigstens EIN MAL schönes Wetter geben - ich nehme also das Teleskop mit in den Südschwarzwald. Tatsächlich ist die Nacht 9./10. April gutes Wetter, der Mond ist am abnehmen. Gross ist das mögliche Beobachtungsfenster leider nicht - nur 2½ h eingeklemmt zwischen astronomischer Dämmerung (AD) um 22h und Mondaufgang um 0:25h (85% beleuchtet). Aber (1) hat mich das tolle DSM 2023 nochmal motiviert, das Beobachten endlich wieder aufzunehmen, (2) muss das Equipment pilotmässig wieder getestet werden (funktioniert alles ?) und (3) ist der ganze Himmel voller Galaxien, jetzt im Frühjahr um α=12h herum. Höchste Zeit also endlich zurückzukehren ins 'Business', nach 13 Jahren... :-) Und sei es für nur 2½ Stunden.

Weil ich bequem bin - und auch noch den ein oder anderen Equipment-Ausfall erwarte (tatsächlich: Batterie-Wechsel für den Telrad) - bleib ich mit dem Teleskop auf unserer Terrasse (im Titel machte sich 'Balkon' irgendwie reisserischer, sorry :-). Der Himmel hier ist typisch 21.5mag/□", oft sogar besser. Was will man da noch mehr ?

Bei Kriege/Berry heisst es ja über den Himmel des 20-Zöllers: 'Everywhere you point your telescope, you see galaxies...'
Und tatsächlich merk ich heut abend wieder: 'This is the life !'


Beobachtungen

(0) Startup

Kurz gesagt das Teleskop baut sich wie von selbst auf, keinerlei Probleme (bis auf die Schlepperei 25m durch den Garten und auf die Terrasse, ächz). Alles dabei, alles funzt. Nicht selbstverständlich, schliesslich habe ich in den letzten 10 Jahren nur sporadisch, vielleicht 3-5x, beobachtet. Einzig: ich verstehe meine Notiz am OAZ zur Stern-Justierung des Spiegels nicht mehr sofort. Die Laserjustierung klappt wie immer prima, und blitzschnell. Aber später will ich die Kollimation nochmal etwas hochtunen. Wie geht das nochmal mit der Orientierung bei der Justage...? Welche Schraube am HS muss ich drehen, damit der FS-Schatten nach links geht ? Licht nochmal an: mit Blick von hinten auf den HS-Käfig kapier ich's dann endlich wieder...

Mein NTB macht unerwartet Probleme: zwar stellt Guide 9.1 auf Rot-Licht um, aber nicht Windows (runtergedimmt ja, aber Rot-Umstellung - wo ist die in Win10 !?) und damit eben auch nicht das Menü von Guide. Schliesslich verpasse ich dem Display kurzerhand einen passenden Papp-Überzieher, schon besser, auf (dobsonische) Low-Tec ist immer Verlass... Alles aber nicht wirklich gut für die Dunkeladaption !

Ebenso der Platz auf unserer grossen Terrasse direkt am Haus - ist im Prinzip prima (und vor allem bequem, eingeschränktes Sichtfeld). Der Himmel ist ausgezeichnet, aber leider sieht man eben doch ein paar Lichter der Häuser im Dorf (sonst ist es im Dorf immer vorbildmässig dunkel). Das macht die richtig gute Dunkeladaption leider auch 'problematisch'. Nächstes Mal also doch wieder: auf ins Feld !

Ich will vor allem Galaxien sehen. Wie steht's mit dem Himmel ? Ziemlich bald nach AD-Ende haben wir 21.3...21.4 mag/sas (SQM-L). Das sieht gut aus ! Gegen 22:40h messe ich schon 21.5mag/das, später sogar 21.6mag/sas (immer mehrere Messungen nacheinander, Mittelwerte). Also alles wie erwartet: galaxy-grade skies !


(1) M97/M108 (PN/GX, UMa)

#m97 #m108

XRef
           
Zum Warmlaufen brauch ich erstmal was einfaches, easy und schnell zu finden ! UMa, da will ich sowieso hin später. Also nehmen wir das Objektpaar M97/M108 nur 2° neben β Ursae Majoris. Im 3.4° Feld des Bigfinders (6" f/4.5, 31mm sGF 82° Okular, Bild) sofort zu sehen.

M108 erscheint wie gewohnt etwas strukturiert, besonders die dunkle Einbuchtung der Scheibe im NW ist gut erkennbar. Beim Eulennebel tu ich mir wider Erwarten etwas schwer, die Eulenaugen zu sehen - angedeutet sind sie da, ja. Auch OIII Filter ändert wenig daran. Meine Dunkeladaption ist sicher mangelhaft im Moment noch, vor 5min war die Taschenlampe (Behelfslösung, leider nur Weisslicht) noch an... Aber was für ein Riesending der Owl ist (Ø 3'), erstaunlich. Ich erinnere mich noch an Schulzeiten mit 2" f/18 Refraktor (oh, wow!), da waren 10mag Objekte (zumal flächenhafte) schon schreckerregend = unmöglich.

Heute dagegen... :-)


PN M97 Eulennebel (li), die Galaxie M108 (re)
Feldgrösse jeweils 30' x 30', © STScI Digitized Sky Survey

(2) NGC 3631

#ngc3631

XRef
           
In Verlängerung von M108 → M97 schwenke ich noch 2° weiter rüber zu NGC 3631. Die diffuse Scheibe ist gut sichtbar, schwach sind darin die Arme angedeutet. Der Himmel ist jetzt bei 21.4mag/sas angelangt, also langsam richtig für Galaxien-Beobachtung. Meine Dunkeladaption ist immer noch mau, getting better...


NGC3631
Feldgrösse 30' x 30', © STScI Digitized Sky Survey



(3) NGC 3718/3729 und die 'Faden-Guppe' = Hickson 56 (GX, UMa)

#ngc3718 #ngc3729 #hickson56 #arp214

XRef
           
Noch etwas weiter on-the-fly (re-) entdecke ich dann NGC 3718/3729. Das DSS Bild in Guide kommt mir schon 'irgendwie bekannt' vor (s.u.). Die Staub-Einschnürung von NGC 3718 im DSS sehe ich durchaus, wenn auch eher nur angedeutet/indirekt. Die diffuse Flächigkeit der beiden Spiralarme (SBa Galaxie) ist klar zu sehen, der nach rechts unten (NO) wegführende Arm sogar etwas klarer. Entfernungsmässig steht die Spirale bei grob 1100km/sec, also sehr ähnlich wie der Virgo-Haufen. Im Osten steht in kurzer Distanz noch NGC 3729 (ähnliche Redshift), bei der man die schärfere Begrenzung der Flächenhelligkeit im O wahrnimmt.

Besonders interessant ist jedoch die Nachbarschaft im S: auf dem DSS-Bild in Guide 9.1 sieht man sofort eine wie auf einem Faden aufgereihte Galaxiengruppe von PGC und UGC Galaxien im Bereich von 15-16mag. Was da wohl im Teleskop tatsächlich gehen wird ? Tatsächlich ist es überraschend einfach im 20er - Wow ! Der 'Galaxien-Faden' ist sofort und 'sehr einfach' zu sehen im 13mm Okular. Die gute Sichtbarkeit ist auch plausibel, wenn man die Flächenhelligkeiten von Spiralen (nahe edge-on) so dicht nebeneinander bzw. z.T. sogar hintereinander projeziert. Die Mustererkennung des visuellen Auge/Hirn-Systems (entlang des linearen 'Fadens') tut sicher ein übriges.

Die hellste Subgruppe UGC6527/A ist also (als Faden, nicht einzeln probiert !) leicht zu sehen. UGC6527 ist dabei bemerkenswerterweise sogar eine Seyfert-2 Galaxie (aka Mrk176, 14.6 Vmag, v=7828km/sec). Aber selbst die etwas abseits im Osten stehende PGC 35631 (immerhin 15.5 Vmag, B-V=0.6, v=8300km/sec) ist indirekt gut sichtbar, die schwache PGC 35609 (15.8 Vmag, v=8000km/sec) am Westende aber bestenfalls 'indirekt angedeutet' und (nur) mit field sweeping machbar ! Kein Wunder: 15.8mag in V, im DSS ca Ø10", also relativ konzentriert. (Anm.: Guide gibt B-Helligkeiten an, V-Helligkeiten sind immer ca 0.6mag heller).

Der Himmel ist jetzt bei 21.6mag/sas (mehrmalige Messung, Mittelwert) angekommen. Wow - das hilft sicher auch ! :-)

Hinsichtlich der Sichtbarkeit mit kleineren öffnungen würde ich schätzen, dass man die Faden-Guppe bei gutem Himmel auch schon mit einem 14" Teleskop sehen kann. Die Auffindung der Galaxien funktioniert übrigens am besten über das Westende einer 2.7° langen 4er-Sternkette, die bei HD102328 startet nach SO. Die Sterne werde ich gleich noch weiterbenutzen für die nächsten Objekte...


NGC 3718 mit Staubstreifen und Hickson 56 (Gx-Grp unten)
Feldgrösse 30' x 30', © STScI Digitized Sky Survey

Toll, wie viele Galaxien hier auf engstem Raum zu sehen sind !

Am Schreibtisch beim Berichtschreiben merke ich dann schliesslich, WARUM mit das alles bekannt vorkam: am besten man liest auch seine eigenen Berichte regelmässig :-) siehe BB vom 20.3.2009 (ähnlich guter Himmel im Odenwald). Hier kann man dann erfahren, dass NGC 3718 = Arp 214 ist, und die Faden-Gruppe = Hickson 56 (siehe auch Reiner's Hickson-Katalog): Hickson 56 steht tatsächlich weit im Hintergrund bei bei v = 8000 km/sec (grob 7xVirgo) und besteht aus den 5 Komponenten a-e, mit B-Helligkeiten zwischen 14.8 und 16.8mag (B-V=0.6mag).

Paper mit Bildern zu den Hicksons gefällig: Rubin et al. (1991).


(4) NGC3733, NGC3737/A et al. und Abell 1318 (GX, UMa)

#abell1318 #ngc3733 #ngc3737

XRef
           
Am 'Unterbodenschutz' des Grossen Wagens gibt es eine diagonal von NW nach SO liegende Sternkette von 5-6mag Sternen, startend bei HD1023328, endend bei HD99913 (6.5mag). Diese macht sich gut zum Aufsuchen (s.o.) in der Gegend...

Direkt neben (knapp 4') Stern #3 (HD100615, 5.6mag) letzteren liegt die langgestreckte, relativ diffuse Spirale NGC3733, ein 13mag Objekt im 20" ohne Details, trotz ihrer Nähe bei v=1200km/sec (etwa Virgo) - keine leuchtkräftige Galaxie also.

Jedoch liegt daneben eine interessante Gx-Gruppe um die hellsten Mitglieder NGC3737 (12.2 Vmag, v=5580km/sec) und NGC3737A (14.2 Vmag, v=5200km/sec). Ob die Gruppe insgesamt wirklich physikalisch ist ? Fraglich ! Aber zusammen mit einigen schwächeren 16mag Galaxien ergibt sich eine Haus-Giebel-artige Form von ca 3.5' Höhe, die ich indirekt mit field-sweeping gerade noch wahrnehmen kann (am Hausfundament evtl. nicht alle Mitglieder, z.T. fraglich ? - wegen meines Vorwissens aus dem Guide DSS Bild !?). Die Komponenten sind u.a. am Giebel LEDA 94198 (gesichert sichtbar, 16.0 Vmag, v=5765km/sec), also wohl zu NGC3737/A gehörig. Und LEDA 94194 (15.44 Vmag, v=16731km/sec) am Fundament, sicherlich NICHT zugehörig wegen des zu hohen Δv.

ABER: Interessanterweise zeigt Guide auch 9' weiter im NO das Zentrum des Galaxien-Clusters Abell 1318. Dessen Redshift dürfte (einige Gx in Guide gecheckt) bei v=17000km/sec liegen. Das heisst LEDA 94194 (15.44 Vmag, v=16731km/sec) an der Basis der gerade beobachteten Konstellation gehört schon zu diesem Cluster. Abell 1318 steht immerhin in 15x facher Virgo-Entfernung, also 245 Mpc = 790 Mio ly (Virgo: 16 Mpc = 50 Mio ly, (m-M) = 31mag). Die Cluster-Entfernung supprimiert die Galaxien-Magnituden um den Entfernungsmodul von (m-M)=37mag, das ist also heftig. Die LEDA hat M= -21.5 Vmag Absoluthelligkeit, ist also eine recht leuchtkräftige Spirale, 3x heller als unsere Milchstrasse (MW: M= -20.2 Vmag). Wir sehen sie dennoch nur mit letzter Kraft bei 15.4 Vmag - in einem 20" Teleskop !

Das wirft die Frage auf, wie weit man mit einem 20"er denn überhaupt Galaxien sehen kann ? Wenn wir - siehe der Cluster gerade - mal annehmen, wir können bis ca 20x Virgo gucken (v=20.000km/sec), dann wären das ca D=300 Mpc. Immerhin ist dort die Fluchtgeschwindigkeit schon 20.000/300.000 = 2/30 = 0.066c also grob 7% der Lichtgeschwindigkeit ! Wow - Gottseidank ausserhalb geschlossener Ortschaften, das Ganze. Und: ab 10% von c müssten wir ja auch schon alles relativistisch rechnen. Nochmal Gottseidank ! :-)

Weiter im SO hätte es noch die 'Retina-Burner' NGC3738 und NGC3756 zu beobachten gegeben, ja klar - aber ich will (40°) weiter in den 'Süden' ! Virgo's calling. :-)


NGC3733 neben HD100615, und die 'Gruppe' um NGC3737/A et al.
Feldgrösse 30' x 30', © STScI Digitized Sky Survey

(5) NGC4565 - The Needle (GX, Com)

#ngc4565

XRef
           
Zum Warmlaufen im 'sonnigen Süden' jetzt auch nochmal was 'Bekanntes und Schönes' - die Nadel ! Sie steht bei v=1200km/sec und ist für eine Spirale extrem leuchtkräftig mit M= -22.8 Vmag (vergleiche MW: M= -20.2 Vmag). SIMBAD sagt, sie sei ein Liner-type AGN. Eindrucksvoll wie immer: der stellare Kern und das lange Staubband entlang der edge-on Scheibe. Kaum ein Objekt, wo man das so schön sieht !

Ich kuck mir die Galaxie auch zum Vergleich im 6" Bigfinder an. Mit 13mm Okular sieht man auch damit das Staubband, zwar nicht so grandios wie im 20er, aber dennoch - toll ! Eventuell ja keine schlechte Idee auch, den Bigfinder (der ja sowieso bereit steht) systematisch zum Quercheck zu benutzen, was in kleinen öffnungen so geht, und was nicht...

Der Himmel ist immer noch um 21.45mag/sas, aber er wird jetzt schon schlechter - der Mondaufgang im SO kündigt sich schon langsam an, Mist ! Jetzt muss also alles zackig voran gehen...


NGC 4565 - 'The Needle'
Feldgrösse 30' x 30', © STScI Digitized Sky Survey

(6) Ein paar Galaxien - im Virgo-Cluster ? (GX, Vir)

#virgo

Wie steigt man per Starhop in den Virgo-Cluster ein ? Die Gegend wimmelt ja nicht gerade vor hellen Leitsternen... Als Schüler beobachtete ich mal den Kleinplaneten Ceres in der Nähe von 6 Comae, seitdem mach ich's so (von Westen kommend): oberhalb von Denebola = β Leo (2mag) gibt es 2 Sterne, HD102660 (6mag) und 95 Leo (5.5mag), die ca 3x diagonal nach SO verlängert (5°) zu 6 Comae (5mag) führen. Von hier aus dann 3° nach SO zur Markarian-Kette oder sonstwohin... Von 6 Com kann man sich auch nach NO orientieren über zwei 5mag Sterne via die Pathfinder 6 Com → 11 Com → 24 Com, die alle (5mag Klasse) mit blossem Auge zu sehen sind !

Mein West-Einstieg also: β Leo → ( HD102660 → 95 Leo ) → 6 Com → 11 Com → 24 Com

Mit meinem tollen 2" f/18 sah ich als Schüler nichts verdächtiges bei 6 Comae (ausser Ceres). Heute aber: 'Everywhere you point your telescope you see galaxies'. Here we go...



Starhop in den nördlichen Virgo Cluster von Westen (Leo)
heute beobachtete Gx in pink
Karte erstellt mit © Guide 9.1, grid-spacing 30min/5°


Was definiert einen Galaxy Cluster ?
#clusterdef

Der Virgo Cluster ist unser nächster Galaxiencluster bei einer Redshift von ca. v = 1100km/sec, was mit H₀ = 70km/sec/Mpc einer Raumentfernung entspricht von 1100/70 Mpc = 16 Mpc = 51 Mio ly. Wie stellen wir überhaupt fest, dass hier ein Cluster im Raum ist ? Easy, man sieht es ja am Himmel ! Das ist also die einfache, morphologische Antwort: auf einem Himmelsareal von gut 20° Durchmesser (das sind am Clusterort ca 6Mpc = 18 Mio ly) drängen sich hier massenhaft Galaxien (in modernen Papers sind um die 1500 Galaxien aufgeführt, allerdings auch viele leuchtschwache). Aber das könnte doch z.T. auch ein Projektionseffekt sein, und die Galaxien gar nicht wirklich 'zueinander' gehören...!? Vieleicht stehen sie ja im Raum weit hintereinander ? Vielleicht sind sie ja auch gar nicht aneinander gebunden gravitativ...!?

Um dies zu klären, kann man versuchen, in den Datenbanken (in Guide, SIMBAD o.ä.) nachzusehen, bei welcher Redshift jede einzelne Galaxie steht. Und DANN sieht man ja, ob das 'nah' bei 1100km/sec ist !? Weil: im Hubble-Flow ist ja 'Fluchtgeschwindigkeit' gleichzusetzen (direkt proportional zu) mit 'Entfernung'. Das wird ja hoffentlich funktionieren, oder nicht ? Bleibt noch die Frage, wie weit weg in der Geschwindigkeit die einzelnen Galaxien sein dürfen, um noch 'zum Cluster' zu gehören ?! In Profi-Textbooks wie z.B. 'Galactic Dynamic' von James Binney & Scott Tremaine findet man eine Cluster-Geschwindigkeits-Dispersion σ=800km/sec, d.h. typische Cluster sind im Redshift-Raum etwa ±800km/sec breit (besser gesagt: tief). Bei Virgo hiesse das also die Member-Galaxien liegen im v-Bereich 300km/sec ... 1900km/sec. Dies wäre dann jetzt die kinematische/dynamische Antwort auf die Frage 'Was gehört zum Cluster ?'

Hiesse das dann etwa - weil Hubble-Flow heisst ja 'je schneller, desto weiter' - die Galaxien mit niedrigem v stehen am Vorderrand (uns zugewandt) und die mit hohem v stehen am Hinterrand (uns abgewandt) des Clusters ?   Nein, aber das sehen wir im Detail unten.

Streng genommen war ich heute beim Beobachten gar nicht vorbereitet auf derlei Problemstellungen. Allerdings stellten sich die Fragen ziemlich schnell, als ich in Guide die Redshifts (erstmal naiv) nachschaute: Gehört diese Galaxie denn überhaupt zum Virgo-Cluster ?

Na ich fange einfach mal bei 6 Comae um die Ecke an...


Theorie - Fortsetzung unten !


M99 = NGC4254
#m99

XRef
           
Ein 3/4° SW von 6 Com, neben HD107170, steht schonmal M99, eine Sc Spirale, halleluja ! Ohne Vorwissen (aus Guide/DSS) sag ich mir nach einiger Beobachtung: 'Das Ding sieht aus wie M33 - nur kleiner', weil: nach 'oben' im (gedrehten) Gesichtfeld des Dobs (weg vom Stern, nach SO) ragt 1 Spiralarm aus dem Kerngebiet, nach unten (zum Stern hin, NW) 3 Arme. Das ist genau das Bild, das M33 bietet, wenn der Himmel nicht gerade erstklassig (>>21.4mag/sas) ist. Man sieht dann nur die inneren Arme von M33 (es gibt auch äussere Arme bei 21.7mag/sas Himmel). Und genauso sieht heute M99 aus (bei indirektem Sehen natürlich), super !

Es ist oft besser, man schaut sich vor dem beobachten eben KEINE Bilder der Objekte an - no bias ! - dadurch ist man sich einer Beobachtung sicherer und wird nicht von Vorwissen in seiner 'Wahrnehmung' beeinflusst.

Lass mich kurz mal gucken, welche Redshift die Virgo-Galaxie M99 denn so hat... Oh-oh: v = 2400km/sec, das ist mehr als das Doppelte von Virgo (1100km/sec) ! (und gar nicht innerhalb eines σ=800km/sec Limits → KEIN Virgo-Member !?). Sie gehört also wohl nicht im engeren Sinn zum Cluster, oder !? Steht sie etwa am hinteren Ende des Clusters ? Oder ist sie gar nicht an den Cluster gebunden, und liegt nur auf einem in die Tiefe des Raums (hinter Virgo) führenden Filament des Cosmic Web ? Das ist zumindest 'confusing'...

Leuchtkräftig ist das Ding allerdings: M= -21.9 Vmag (V-Magnituden sind ca -0.6mag heller als die B-Magnituden aus Guide), das ist für eine Spirale recht hell (6x Milchstrasse).


M99 = NGC4254
Feldgrösse 30' x 30', © STScI Digitized Sky Survey
M98 = NGC4192
#m98

XRef
           
Gleich um die Ecke steht M98, etwa 1/2 ° westlich von 6 Com. Hell. Die Gx sieht konzentriert aus, Spirale nahe edge-on, etwas unruhig (mottling) allerdings, sonst unauffällig. Aber hier die Redshift: v = -140km/sec, also sogar mit Blauverschiebung !? Relativ zum kinematischen Virgozentrum (v = +1100km/sec) pflügt das Ding also mit v = -1200km/sec durch den Cluster - Wow ! Das müsste man dann durchaus ein bisschen 'peculiar' nennen, oder nicht !? Also wohl eher auch KEIN Virgo-Member, oder ?! Und: Blauverschiebung passt ja auch gar nicht in den Hubble-Flow...!!! Irgendwie erstaunlich, wieviele 'statistische Ausreisser' (?) man schon bei den ersten beiden Versuchen im Virgo-Cluster so abbekommt...???!!!

Wie ist das alles zu verstehen ?

(M100 hab ich danach leider in dieser 'Spontanaktion' übersehen, Mist - sieht gut aus auf DSS... Aber leider geht der Mond bald auf, ich muss mich beeilen. Next time - M100 ! Zumindest passt bei ihr v=1500km/sec in den Cluster...)


M98 = NGC4192
Feldgrösse 30' x 30', © STScI Digitized Sky Survey
NGC4293
#ngc4293

XRef
           
1/2° nördlich und jenseits von 11 Com steht NGC4293, ich taufe sie auf den Namen 'PFC = Pretty Fat Cigar', weil sie auf dem (überbelichteten) DSS Bild aus Guide 9.1 genau so aussieht. Auch im Teleskop sieht sie so aus - erstmal. Aus der Klassifikation SB0 (aus Guide) erwarte ich auch eine ziemlich strukturlose S0 Galaxie nahe edge-on. Allerdings bemerke ich bei höherer Vergrösserung dann doch leichte Struktur - es sieht aus, als hätte die Galaxie Ansätze von Spiralarmen, oder etwas ähnliches - sonderbar ! Und tatsächlich sieht das Ding in Aladin Lite (Farbe und bessere Dynamik im Bild) als auch aus neuen DSS-Download deutlich anders aus als eine normale SB0, eher wie ein nahe-edge-on Spirale ! Thrilling.

Die Galaxie besitzt v = 820km/sec (Virgo-Member !) - kinematisch relativ klar (erstmal naiv).
Na , Gottseidank mal was 'normales'.


NGC 4293
Feldgrösse 30' x 30', © STScI Digitized Sky Survey
M85 = NGC4382
#m85 #ngc4382

XRef
           
Das SQM zeigt schon bedrohliche 21.2mag/sas, eine geht noch bevor der Mond schliesslich alles versaut...   M85=NGC4382 ist eine 'peculiar E' mit äusseren 'Shells', wie man auf tiefbelichteten Frames sieht. Sie ist ein Tip von Matthias Kronenberger vom DSM 2023. Sie hat v = 740km/sec (Virgo-Member). Ob man die Warps aussen sehen kann ? Na, sicher nicht bei 21.2mag/sas Himmel, den ich jetzt leider habe. Aber vielleicht geht was beim nächsten Mal... (eher nicht, die äusseren Shells sind sehr schwach).

Die SQM_Helligkeit steigt immer höher, also: für mehr reicht's wohl heute - leider ! - nicht. Zeit ins Bett zu gehen...
Cool war's.

Das nächste Mal dann aber wieder bei Neumond !


M85 = NGC4382
Feldgrösse 30' x 30', © STScI Digitized Sky Survey


(7) Virgo - Galaxy Cluster in the Making

#makevirgo

Wie passt das alles jetzt zusammen ? Vier Galaxien in Virgo (ziemlich schlechte Statistik ! :-) hab ich spontan ausgewählt beim Beobachten, und zwei davon (immerhin 50%!) gehören vielleicht nicht zum Cluster ? - zumindest nach einem naiven Geschwindigkeits-Dispersions-Argument !? Also: Wie versteht man Cluster im Detail ? Dazu erstmal ein kurzer Exkurs zum Thema...

Kosmologisches Standardmodell   ΛCDM

Der Big Bang erzeugt das expandierende Universum, und darin Dichtefluktuationen (wahrscheinlich aus Quantenfluktuationen). Aus den Fluktuationen wachsen zuerst die Dark Matter Halos (die Dark Matter ist 'kalt', d.h. es sind schwere+langsame Teilchen, also z.B. KEINE Neutrinos). In diese DM Halos fällt dann 'normale' baryonische Materie ein und bildet Sterne und damit (Proto-) Galaxien. Es sieht so aus, als ob wir in einem Universum leben mit nur 4% baryonischer Materie, 26% (Cold) Dark Matter (CDM) und 70% Dunkler Energie (Λ). Das nennt man das ΛCDM Modell oder auch das sog. Kosmologische Standardmodell.

In diesem Modell gilt grossräumig der sog. Hubble Flow, d.h. mit der Entfernung D zu einem Beobachter (im Flow) steigt proportional die (an Galaxien beobachtete) Radialgeschwindigkeit: v = H₀ ⋅ D mit der Hubble-Konstante H₀=70km/sec/Mpc (aktueller Wert, Anm.: die Hubble-Konstante und damit das Standardmodell wird derzeit wieder heiss diskutiert...).

Ein Charakteristikum dieses ΛCDM Standardmodells ist, dass sich im frühen Universum zuerst kleine Einheiten bilden (Protogalaxien → Galaxien), erst später dann grössere, also Gruppen → Cluster → Supercluster. Die Strukturbildung verläuft bottom-up ! Das heisst Galaxien entstehen früh, Gruppen, Cluster oder Supercluster erst sehr viel später in der Geschichte des Kosmos. Tatsächlich lässt sich das sowohl von der Beobachtung her, als auch in Computer-Simulationen (auf der Basis von Λ-CDM) gut nachvollziehen.

Eine etwas ausführlichere Darstellung findet man im BB vom 07.03.2010 und in meinem LSS-Vortrag am DSM 2010.
Was heisst das jetzt für die ...

Galaxien- und Cluster-Bildung

Der Hubble Flow bleibt immer eine grossräumige Erscheinung, ABER auf den verschiedenen Grössenskalen (Galaxien, Gruppen, Cluster) kopppeln sich aus dem Ausbreitungsfeld im Zeitverlauf grösser werdende 'überdichte Gebiete' aus: erst kollabiert eine Galaxie (ihre Komponenten = Protogalaxien folgen NICHT mehr dem Hubble Flow), viel später 'kollabieren' die Cluster und bilden gebundene Einheiten, die NICHT mehr dem Hubble-Flow folgen. Die Galaxien eines Clusters bilden eine Überdichte des Universums und diese Überdichte vertieft sich durch die dynamische Entwicklung des Clusters. D.h. die Clustergalaxien wechselwirken miteinander, sie bremsen sich gegenseitig durch ihre gravitative Wechselwirkung (Dynamical Friction) oder verschmelzen in (immer grössere) Merger-Galaxien. Der Virgo-Cluster ist kosmologisch jung ! Man sagt ein Cluster sei 'noch nicht virialisiert' (also ein gebundenes, stabiles System im Gleichgewicht).
(Anm.: Es gibt Cluster, die weiter entwickelt sind, auch gibt es unterschiedliche Entwicklungsstufen der Kern- und Aussenbereiche eines Clusters.)

Virgo - ein Cluster in seiner Entstehung

D.h. es gibt in Virgo heute noch Galaxien mit hohen Pekuliar-Geschwindigkeiten. Diese Galaxien sind noch nicht 'relaxiert' (abgebremst, ge-mergt, dynamisch zum Cluster gehörig). In jedem Fall aber sind die Galaxien gerade dabei, sich vom Hubble-Flow zu lösen, d.h. der Hubble-Flow gilt nicht mehr innerhalb des Clusters. Somit sind besonders schnelle Galaxien nicht notwendig HINTER dem Cluster, sondern möglicherweise sogar gerade dabei, das Zentrum des Clusters (hinaus zu grösserer Raumentfernung) zu passieren, wo sie maximale Geschwindigkeit haben (beschleunigt durch das tiefe Cluster-Gravitations-Potential). Ebenso sind besonders langsame Galaxien (ggf. sogar blauverschobene) nicht notwendig VOR dem Cluster, sondern evtl. gerade auf dem Weg auf uns zu nahe dem Clusterzentrum. Galaxienbahnen im Cluster sind KEINE einfachen (Kepler'schen) Kegelschnitte (Ellipse, Parabel, Hyperbel), weil das Gravitationspotential des Clusters ja von den Galaxien selbst hergestellt wird, und diese können sehr unregelmässig (und dynamisch) verteilt sein. Keplerbahnen gelten jedoch nur für exakte 1/r Zentralpotentiale (eine zentrale Punktmasse).

Numerische Simulation

Tatsächlich gibt es von Shaya et al. (2017) eine realistische Simulation der Historie des Virgo Clusters, die den Verlauf der Cluster-Bildung im grossräumigen Umfeld von Virgo sehr gut veranschaulicht (Bild links, Virgo-Cluster als rote Kugel, MW und M31 in gelb und grün). Die Simulation lässt sich 3D drehen, anhalten und auf full-screen vergrössern.

Aufgrund ihrer Simulations-Daten können Shaya et al. auch bestimmen wie sich die Galaxien-Radialgeschwindigkeiten relativ zu Virgo verhalten (Bild rechts). Das zeigt dann, dass innerhalb von r = 7.35 Mpc (Distanz zum Virgo-Centroid) die Galaxien nach Virgo hin einfallen (rote Punkte, negative Geschwindigkeiten relativ zu Virgo), ausserhalb dieses Zero-Velocity-Radius jedoch flüchten sie (schwarze Punkte, → Übergang in den Hubble-Flow).

Raumstruktur

Wo eine Galaxie räumlich im Virgo-Haufen tatsächlich steht, kann folglich also KEINESWEGS über einen angenommenen Hubble-Flow und die Messung ihrer Radialgeschwindigkeit v bestimmt werden, sondern nur mit unabhängigen Entfernungs-Bestimmungs-Methoden. Dies kann geschehen mit u.a. Cepheiden, Supernovae-Standardkerzen, Tully-Fisher, Faber-Jackson, Surface Brightness Fluctuations (SBF), Tip of Red Giant Branch (TRGB) etc. Diese Methoden sind jedoch z.t. komplex und nicht für alle Galaxien mit gleicher Genauigkeit durchführbar (insbesondere nicht für leuchtschwache Gx).

In der folgenden Tabelle findet man solche unabhängigen (Entfernungs-) Daten zu den oben beobachteten Galaxien, aus: Kashibadze, Karachentzev und Karachentzeva, 2020 (KKK2020). Die Spalte 'meth' gibt die Methode der Entfernungsbestimmung an. M87 ist - als Clusterzentrum - zum Vergleich aufgeführt.

Aus der Tabelle ersieht man (Spalte 'dist'):   ALLE heut abend beobachteten Galaxien gehören tatsächlich räumlich zum Virgo-Cluster !
Interessant ist auch die Raumentfernung zu M87 (Spalte2: r→M87), wenn man bedenkt dass Andromeda M31 etwa 0.8 Mpc = 2.5 Mio ly von uns (MW) entfernt ist.

Object r→M87
[°]
r→M87
[Mio ly]
v(LG)
[km/s]
v(virgo)
[km/s]
type m (B)
[mag]
M (B)
[mag]
(m-M)
[mag]
dist
[Mpc]
meth
NGC4486 (M87) -- 0.01 1179 +79 E 9.65 -21.46 31.11 16.65 cep
NGC4254 (M99) 3.55 3.36 2306 +1206 Sc 10.40 -20.42 30.82 14.40 SN
NGC4192 (M98) 4.83 4.56 -219 -1319 Sb 10.82 -19.86 30.68 13.94 tf
NGC4293 6.43 6.06 820 -280 S0a 11.07 -19.73 30.80 14.50 tf
NGC4382 (M85) 5.95 5.63 638 -462 S0a 9.94 -20.91 30.85 14.90 SN

Die Werte für M87 sind als Vergleichsmasstab bzw. Referenz angegeben !
Hierbei ist: r→M87 der Winkelabstand zu M87 in [°], v(LG) die Radialgeschwindigkeit relativ zur Lokalen Gruppe in [km/s], v(virgo) die radiale Relativgeschwindigkeit relativ zum Cluster (1100km/s) in [km/s], m(B) die scheinbare Helligkeit in B, M(B) die Absolut-Helligkeit in B, die Entfernungs-Methoden tf=Tully-Fisher / SN=Supernovae Standardkerzen, cep=Cepheiden.
Die Werte in Spalten r→M87 in Mio ly, v(virgo), M(B) wurden von mir berechnet. Als Radialgeschwindigkeit relativ zur LG wurden 1100km/sec angenommen, als Raumentfernung die Cepheiden-Entfernung von M87 (16.65Mpc).


Geschwindigkeits-Struktur

Allerdings gibt es noch zwei 'Schnelläufer' jenseits normaler Cluster-Geschwindigkeits-Dispersion (Spalte 'v(virgo)'), die den Haufen nach hinten (NGC4254=M99) und vorne (NGC4192=M98) durchfliegen. Beides sind Spiralen, die ohnehin generell höhere Dispersionen in Clustern zeigen. KKK2020 finden z.B. getrennt nach Gx-Typen folgende Dispersionen in Virgo:

        Irr/Spirals     σ = 900km/sec   →   v = 200...2000 km/sec
        E+S0           σ = 550km/sec   →   v = 550...1650 km/sec

Extreme Schnelläufer (mit relativ zum Cluster-Center v > 3σ) können den Cluster auch wieder verlassen, WENN sie genug Bewegungsenergie haben und WENN sie keinerlei bremsenden Wechselwirkungen unterlägen. Schliesslich ist ja auch noch zu bedenken, dass mit v(LG) nur die radiale Komponente der Geschwindigkeit (in Projektion auf die Sichtlinie) gemessen wird. Die wahre 3D-Raumgeschwindigkeit ist immer sogar noch grösser !

Unsere beiden Schnelläufer Gx liegen jedoch nur bei 1.50 σ (M99) und 1.64 σ (M98). Man kann annehmen, dass Galaxien mit gegenüber σ=800km/sec nur mässig erhöhter Dispersion vom Cluster i.a. immer noch effektiv relaxiert (eingebremst) werden können - durch Dynamical friction, Merging, Gezeitenkräfte. Die hohe Dichte im Cluster wird ohnehin zu einer erhöhten Wechselwirkungsrate führen. Man kann einfach ausrechnen, dass eine Galaxie mit 800km/sec Relativ-Geschwindigkeit im Jahr (31.536.000sec) im Virgo-Cluster 2.5 x 10**10 km zurücklegt. Das sind dann in 1Gyr = 1 Mrd Jahren: 2.5 x 10**16 km = 2.6 Mio ly = 0.81 Mpc. Grob gesagt: in 1 Gyr Bewegung um 1 Mpc. Es ist deshalb zu erwarten, dass im Laufe der Zeit (wenige Gyr !) auch heutige Schnelläufer Gx in Virgo im Cluster relaxiert werden, weil die typischen Gx-Gx Distanzen im Bereich einiger Mpc liegen im Custer (siehe Tabelle oben in Spalte2: r→M87 in Mio ly) .

Aber argumentieren wir mal streng wissenschaftlich:
(obwohl wir natŘrlich viel zu wenige Daten hier betrachten, das ist klar)

Die Geschwindigkeits-Dispersion des Clusters σ=800km/sec (typischer Cluster-Wert) ist nur ein statistisches σ im Sinne einer Gauss-Normalverteilung ist. Das bedeutet: die Werte liegen in der Realität mit 84% Wahrscheinlichkeit innerhalb von ±1σ um die Geschwindigkeit des Clusterzentrums, also im Intervall 300km/sec...1900km/sec (um 1100km/sec). Ausserhalb dieser Grenze liegen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit aber auch noch Gx-Fälle: jenseits von 1.50σ liegen statistisch noch (knapp) 7% Galaxien. (Das gilt nur WENN die Galaxien schon eine Normalverteilung in v aufgebaut haben, d.h. WENN der Cluster schon stabil, relaxiert, virialisiert ist !). Statistisch gesehen konnte ich also durchaus erstaunt sein und eingangs berechtigt argumentieren: nur 7% der Galaxien liegen jenseits von 1.5σ, ABER in meinem 'Sample' von 4 Galaxien (wahrhaft (k)ein grosses, statistisch aussagekräftiges Sample ! :-) habe ich 50% Ausreisser gefunden. Da ist also irgendwas nicht in Ordnung bzw. abnormal, soll heissen: der Cluster ist (noch) nicht relaxiert !

Und DAS ist letztlich (wissenschaftlich hart) mein Argument für: Der Virgo Cluster entsteht gerade erst noch ! ('Cluster in the Making'). Nicht, dass mich hier noch ein Kollege (mit Statistik) auseinandernimmt... :-)

(Anm.: Nat├╝rlich ist das hier keine solide wissenschaftliche Untersuchung. Hier werden nur einige ├ťberlegungen plausibel gemacht, anhand der Befunde, die beim Beobachten hochkamen.)

Ist die Lokale Gruppe (LG) also an den Virgo-Clusters gebunden ?

Es kann eingewendet werden: die Lokale Gruppe ist doch bekanntermassen an den Lokalen Supercluster (zu dem Virgo gehört) gebunden - insofern ist es klar, dass hier der Hubble-Flow nicht anwendbar ist. Hierzu aber zwei interessante Einwände:

Beide Befunde zeigen eben auch, dass die dynamische Beziehung der Lokalen Gruppe zum Virgo-Cluster nicht ganz einfach zu verstehen ist.

Ein Problem mit der Nähe des Virgo-Clusters ist auch, dass unsere Hubble-Geschwindigkeit von 1100km/sec relativ zu Virgo ja grob der inneren Geschwindigkeits-Dispersion im Cluster entspricht. D.h. langsame Virgo Galaxien reichen im Geschwindigkeitsraum bis Redshift v=0km/sec, d.h. vermeintlich bis zu uns. Somit wissen wir - aufgrund der Redshift - gar nicht, ob sie zu Virgo geh├Âren oder zur Lokalen Gruppe. Das allein macht Virgo schon zu einem 'schwierigen Fall' für uns: wir können Dispersion und Hubble-Flow auf diese kurze Entfernung nicht gut auseinanderhalten. Sozusagen ein Problem des Scharfstellens (unserer 'Redshift-Brille') auf so kurze Entfernung... :-)


Ist also schon interessant, das Alles... !!!


Final Notes

#final

© eyes4skies     03.08.2023     initial: 10.04.2023     Impressum