"Superthin Galaxies" - Objekte, scharf wie eine Rasierklinge

Wolfgang Steinicke

Die Vorstufe: edge-on Galaxien

Seit ich mit dem Fernrohr das Licht der Welt erblickt habe, faszinieren mich Galaxien in ihrer mannigfachen Art und Gestaltung. Obwohl sie für ihre Orientierung im Raum überhaupt nichts können, ist auch dieser Aspekt ein Quell der Freude. Viele Deep-Sky Fans begeistern sich für "edge-on" Galaxien: Spiralen, deren Scheibe nahezu von der Kante zu sehen ist. Dies eröffnet den Blick auf die staubigen Randbereiche und das bauchige Zentrum ("bulge"). Im klassischen Hubble Atlas of Galaxies [1], einem Werk von dem man ein Leben lang nicht loskommt, sind einige Beispiele abgebildet. Alle Aufnahmen sind schwarz-weiß und die meisten entstanden auf dem Mount Palomar. Als ich das Observatorium dieses Jahr besuchte, kamen mir viele der Bilder, mit denen ich aufgewachsen bin, wieder in den Sinn. Ich mußte eingestehen, daß es eigentlich diese klassischen Aufnahmen sind, die mich am meisten beeindrucken, mehr noch, als die heutigen bunten CCD-Bilder vom Hubble Space Telescope oder dem VLT. Da schwingt sicher eine Menge Nostalgie mit. Auch der gewaltige Dom, eine wahre Kathedrale der Astronomie, stellt - im wahrsten Sinne des Wortes - alles in den Schatten, was ich bisher gesehen habe (moderne Großteleskope brauchen wegen ihrer azimutalen Montierung nur wenig Platz).

Doch zurück zu den edge-on Galaxien. Aufnahmen sind eine Sache, die visuelle Beobachtung eine andere: geprägt durch die Palomar-Bilder war ich sehr beeindruckt, als ich erstmals durch ein größeres Teleskop Galaxien von der Kante sah. Für Anfänger sei gesagt: dieses Gefühl stellt sich dann ein, wenn man Schritt für Schritt zu größeren Öffnungen vordringt, sonst ist der visuelle Eindruck eher enttäuschend. Glücklicherweise ergibt sich dieses Vorgehen - aus finanziellen Gründen - meist auf natürliche Weise von selbst. Es ist immer wieder beeindruckend, einen schmalen Galaxien-Strich mit Staubring und ovalem Zentrum vor dem dunklen Himmel auszumachen - prominente Beispiele sind NGC 891, NGC 4565 oder NGC 5907 [2]. Edge-on Galaxien sind daher beliebte Deep-Sky-Objekte, die immer wieder beschrieben und gezeichnet werden [3]. Der Unterschied zwischen Zeichnungen an einem großen Dobson (wie sie z.B. Andreas Domenico gemacht hat) und den Bildern aus dem Hubble Atlas ist gar nicht so groß. Schöne Beispiele hierfür finden sich in interstellarum 12 und 13 [4], insbesondere NGC 4244 ist eine bemerkenswert flache Galaxie.

Die Natur der "superthin galaxies"

Als Katalog-Fan stellte ich mir als erstes eine Liste der interessantesten Objekte zusammen, als Grundlage für eine systematische Beobachtung. Anfang der 80er Jahre entdeckte ich dann einen Artikel über "superthin galaxies" (kurz SGs) von Goad und Roberts - die auch den Namen geprägt haben -, der mich gleich in seinen Bann zog [5]. Im Unterschied zu normalen edge-on Galaxien, d.h. Spiralsysteme in Kantenlage, die aber ansonsten keinerlei Besonderheiten aufweisen, sind SGs in jeder Hinsicht extreme Fälle. Nach Definition ist das Achsenverhältnis mindestens 8:1, bulge und Staubring sind nur schwach ausgeprägt. In einigen Fällen ist die Scheibe sogar S-förmig verbogen ("warped disc"). Die Galaxien gehören meist zu den "späten" Spiraltypen Sc, Sd oder Sm. Es handelt sich um "unterentwickelte" Systeme, die kaum Sternentstehung zeigen und deren Rotationskurve recht flach verläuft. Es sind einfache Scheiben, die wenig interstellare Materie besitzen und daher kaum eine interne Extinktion (Lichtschwächung durch Gas und Staub) aufweisen. Die Sterndichte, und damit die Flächenhelligkeit, sind relativ gering, z.T. handelt es sich um Zwerggalaxien. Die meisten bekannten Exemplare sind uns recht nahe. Aus ihrer Dichte und räumlichen Verteilung läßt sich aber schließen, daß diese "zurückgebliebene Typen" eher zur Standardausstattung des Kosmos gehören.

Die meisten SGs sind nicht im NGC/IC enthalten. Durch die große Streckung, es kommen Achsenverhältnisse bis 20:1 vor, erscheinen die Galaxien extrem lang und schmal. Sie können daher, trotz nominell ausreichender Gesamthelligkeit, leicht übersehen werden. Den visuellen Beobachtern des NGC/IC [6] sind sie, bis auf ein paar Ausnahmen, schlicht entgangen. Dagegen findet man die meisten in Nilson's Uppsala General Catalogue of Galaxies (UGC). Er enthält alle Galaxien des Nordhimmels (Dekl. > -2,5°), die größer als 1' oder heller als 14,5m sind. Auch Fritz Zwicky - als großer Fan der Morphologie - war bereits an diesem Typ interessiert und einige Systeme sind ihm aufgrund ihrer extremen Form bei der Inspektion der 48"-Schmidt-Aufnahmen des Palomar Observatory Sky Survey (POSS) aufgefallen.

Schauen wir uns die vier von Goad und Roberts untersuchten Systeme an (Abb. 1). Der Prototyp einer SG ist wohl IC 2233 im Luchs. Entdeckt wurde die Galaxie 1897 von Isaac Roberts (interessante Namensgleichheit!), einem englischen Pionier der Astrophotographie, auf einer Aufnahme. Boris Vorontsov-Velyaminov (1967) und etwas später auch Gerard de Vaucouleurs wurden auf dieses System aufgrund seiner immensen Flachheit aufmerksam. Sie fanden auch zwei weitere Beispiele: UGC 7321 und UGC 9242. Die über 5' lange und V=13.5mag helle Galaxie UGC 9242 (Typ Sd) weist ein Achsenverhältnis von fast 17:1 auf! Sie ist in Zwicky's Katalog eruptiver und post-eruptiver Galaxien als I Zw 88 enthalten und seine Beschreibung lautet: "extremely flattened blue galaxy with many faint stellar knots". Sehr ähnlich erscheint mit V=13,4mag auch die Sd-Galaxie UGC 7321. Das vierte System, mit der Besonderheit einer S-förmig verbogenen Scheibe, ist UGC 7170. Noch extremer ist dieses Merkmal bei der "Integralzeichen-Galaxie" UGC 3697 ausgeprägt, die als Grenzfall einer SG anzusehen ist. Geoffrey Burbidge hat dieses Objekt 1967 als erster eingehend studiert und es GB 1 genannt, bis man später herausfand, daß es bereits als MCG 12-7-28 in Vorontsov-Velyaminov's Galaxienkatalog von 1962 enthalten ist. Übrigens ergibt sich aus den Hipparchos-Daten, daß auch unsere Milchstraße eine schwache "warped disc"-Struktur aufweist.

Abb .1 - Die vier "superthin galaxies" aus dem Artikel von Goad u. Roberts [5]. Von links: IC 2233 im Luchs (vgl. Abb. 2), UGC 7170 im Haar der Berenice mit einer leicht gekrümmten Scheibe, UGC 7321 im Haar der Berenice und UGC 9242 im Bootes.

Visuelle Beobachtung und CCD-Aufnahmen

In diesem Artikel möchte ich sowohl das Interesse der visuellen Beobachter (mit Geräten ab ca. 12"), als auch das der Astrophotographen für diese besondere Klasse von Galaxien wecken. In der Tabelle habe ich eine Auswahl von Beispielen zusammengestellt. Amateurbeobachtungen bzw. -aufnahmen dieser Objekte sind immer noch äußerst rar. Was nicht heißt, daß es irgendwo Einzelkämpfer gibt, die so etwas "nacht-nächtlich" machen (ich gehörte auch lange Zeit zu dieser Kategorie). Offensichtlich ruhen gewisse Schätze eine lange Zeit, bevor sie ans Licht kommen.

Die visuelle Beobachtung von SGs erfordert ein gewisses Fingerspitzengefühl, man muß auf das was kommt vorbereitet sein, ähnlich ist es auch bei schwachen stellaren Objekten, wie etwa Quasaren [7]. Das Hauptproblem ist die geringe Flächenhelligkeit. Da das Zentrum kaum hervortritt, verteilt sich die Helligkeit über die gesamte Länge. Hier ist, jedenfalls bei 12"-Öffnung, indirektes Sehen erforderlich und der Himmelshintergrund muß dunkel sein, damit genügend Kontrast vorhanden ist. Ein Beispiel ist meine Beobachtung von IC 2233 (Abb. 2) bei optimalen Bedingungen. Hier ist indirektes Sehen, zunächst bei schwacher Vergrößerung (große Austrittspupille), notwendig. Hilfreich ist auch, das Teleskop quer zur Galaxie zu bewegen, dann stolpert das Auge über die Linie. Etwa 15' nördlich ist übrigens noch die interessante "Bärentatzen-Galaxie" NGC 2537 = Arp 6. Beide Objekte wurden auch von Jim Meketa im 18"er gesehen [8].

Abb. 2 - Zeichnung von IC 2233 am C14 mit 266x (24. Februar 1984). Das Objekt erscheint unter optimalen Bedingungen bei indirektem Sehen als diffuser Strich ohne Zentrum.

Da viele Objekte recht ausgedehnt sind, muß das Gesichtsfeld entsprechend groß sein. Man muß ein wenig mit der Vergrößerung experimentieren, um zum Erfolg zu kommen. Bei hoher Vergrößerung fällt bestenfalls der zentrale Bereich auf, wenn er überhaupt ausgeprägt ist. Ein kurioses Beispiel ist UGCA 320, eine flache Scheibe mit einem Kernbereich aus mehreren Knoten (Abb. 3). Da kein bulge vorhanden ist, kann man die Zwerggalaxie trotz ihres geringeren Achsenverhältnisses als SG-Grenzfall ansehen. Das hellste Objekt in der Tabelle ist NGC 5023 in den Jagdhunden mit V=12.3mag. Dies liegt aber nicht an "internen" Besonderheiten, sondern an ihrer großen Nähe, sie gehört zur M 51-Gruppe. Auch im C14 ist diese Galaxie vom Typ Scd wegen ihrer geringen Flächenhelligkeit nicht ganz einfach. Wie Abb. 4 zeigt, sind die Helligkeitsangaben kein Maß für den optischen Eindruck. Dies zeigt sich vor allem visuell, so daß sich ein Versuch auch dann lohnen kann, wenn das Objekt nominell als schwach gilt.

Abb. 3 - UGCA 320 in der Jungfrau als Grenzfall einer SG. Das Objekt ist eine scheibenförmige Zwerggalaxie (DDO 161) mit einem Kernbereich aus mehreren Knoten.

Zwei Objekte aus meiner Tabelle sind auch in Steve Gottlieb's „torture lists" enthalten. Um das niedere Deep-Sky-Volk zu quälen, denkt sich mein Freund Steve (er beobachtet in der dunklen Sierra Kaliforniens mit einem 17,5" Dobson) Ziele aus, die „off the beaten path" liegen, also jenseits der visuellen Trampelpfade. Die beiden Objekte sind NGC 100 in den Fischen und die bereits erwähnte Integralzeichen-Galaxie UGC 3697 im Sternbild Giraffe. NGC 100 (Abb. 4) beschreibt er als „very faint, elongated 6:1, WSW-ENE, 2.0' x 0.3', weak concentration". Dies zeigt die Schwierigkeit, das mit V=13.3mag angegebene Objekt zu sehen. Für SGs gelten eigene Gesetze! UGC 3697, mit V=12.9mag nominell etwas heller, beschreibt er als "very faint, extremely thin ghostly streak oriented WSW-ENE, at least 2.5' x 0.3', low surface brightness, no significant concentration towards the center". Bei 100x fand er das Objekt schwer, bei 220x war es dagegen besser sichtbar. Die gekrümmten Spitzen konnte er leider nicht wahrnehmen. Ich habe das Objekt am 2. Dezember 1983 erstmals gesehen. Meine Beobachtung im C14 deckt sich mit Steve's. Sie fand im Rahmen meines Galaxiengruppen-Programms statt, denn es handelt sich um ein Mitglied aus KDG 49 (Katalog der Galaxiengruppen) und gehört zum "nearby poor cluster" WBL 132 [9]. 8' SE befindet sich die V=12.1mag helle Galaxie UGC 3714, ein visuell etwas einfacheres Objekt. Zwischen beiden besteht wahrscheinlich eine gravitative Wechselwirkung, die Ursache für die Verkrümmung der Scheibe von UGC 3697 ist (Abb. 5). Mike Borman hat 1998 eine schöne CCD-Aufnahme des Objekts gemacht (Abb. 5 unten rechts). Übrigens war die Galaxie ein Bewerber im Hubble Heritage Project, einem Wettbewerb, bei dem man sein Lieblingsobjekt vorschlagen kann, um es mit dem HST aufnehmen zu lassen. Am Ende war das Integralzeichen nur knapp der polaren Ringgalaxie NGC 4650A unterlegen.

Abb. 5 - Die Integralzeichen-Galaxie UGC 3697 und ihr Begleiter UGC 3714 (KDG 49 in der Giraffe). Unten rechts: CCD-Aufnahme von Mike Bormann mit ST-7 und 12" Meade LX-200 (Evansville/Indiana, 1998).

Die aktuelle Quelle für "flache" Galaxien, in dem auch alle hier genannten Objekte vertreten sind, ist der Revised Flat Galaxy Catalogue (RFGC) von Igor Karachentsev aus dem Jahr 1999 [10]. Er hat die Sky Surveys nach Galaxien, die größer als 40" sind, bei einem Achsenverhältnis vom mindestens 7:1, abgesucht. Der RFGC enthält 4444 Objekte, hier ist also hinreichend Stoff für weitere Beobachtungen bzw. Aufnahmen vorhanden. Mit der heutigen Ausstattung (Dobson, CCD) scheint mir der Erfolg sicher. Wenn ich mir etwa die heutigen CCD-Bilder ansehe, besteht eigentlich qualitativ kein großer Unterschied mehr zu den analogen POSS I-Aufnahmen und das bei Spiegelflächen die 16x kleiner sind! Es lohnt sich also, auf die Jagd nach SGs zu gehen - auf die Ergebnisse bin ich schon gespannt!

Tab. 1 - Beispiele für "superthin galaxies" (SGs). Die Objekte Nr. 4, 5, 6 und 10 stammen aus dem Artikel von Goad [5]. Nr. 3 und 8 sind Grenzfälle. RFGC = Nummer im Revised Flat Galaxy Catalogue [10]; V = visuelle Helligkeit; V' = Flächenhelligkeit in mag/arcmin²; a, b = Ausdehnung in ´; PW = Positionswinkel in °.

Literatur

[1] A. Sandage, The Hubble Atlas of Galaxies, S. 25

[2] W. Steinicke, Deep-Sky auf dem Schauinsland, Sternzeit 3/2000, S. 106

[3] Tom Polakis, Edge-on Galaxies of Spring, Sky & Telescope, April 1996, S. 92

[4] R. Stoyan, Album der Edge-On-Galaxien, Teil I: interstellarum 12, S. 28 (1997), Teil 2: interstellarum 13, S. 43 (1998)

[5] Goad, J.W., Roberts, M.S., Spectroscopic Observations of Superthin Galaxies, Astrophys. J. 250, 79 (1981); eine kurze Zusammenfassung findet sich auch in Sky & Telescope, März 1983, S. 252

[6] W. Steinicke, Digitale Deep-Sky Daten, visuelle Beobachtung und das NGC/IC Projekt, VdS-Journal, Sommer 2000, S. 49

[7] W. Steinicke, Im Quasar-Fieber, interstellarum 14, S. 24 (1998)

[8] Jim Meketa, Deep Sky Magazine, 10, 32 (1985)

[9] White, R.A., et al., Catalogue of Nearby Poor Clusters of Galaxies, Astron. J. 118, 2014 (1999). Ich werde über diese Objekte an anderer Stelle ausführlicher berichten.

[10] Karachentsev, I., et al., Revised Flat Galaxy Catalogue, Bull. Special Astrophys. Obs., 47, 5 (1999). Der Vorläufer (FGC) erschien in Astron. Nachr. 314, 97 (1993).