Das hübsche Galaxienpaar Messier 81 (NGC 3031) und Messier 82 (NGC 3034) im Sternbild Großer Bär gehören sicher zu den großen Deep-Sky-Highlights des Nordhimmels. Die Galaxien können von unseren Breiten aus das ganze Jahr beobachtet werden, weil das Sternenmuster des Großen Wagens in unseren Breiten nie unter dem Horizont verschwindet. Entdeckt wurde die Objekte vom Direktor der Königlichen Sternwarte in Berlin, Johann Elert Bode (1747–1826), in der Silvesternacht des Jahres 1774 mit dem 7‑Fuß-Teleskop des Observatoriums. Der deutsche Astronom und Himmelskartograf beschrieb das Paar als zwei kleine Nebel mit einem gegenseitigen Abstand von nur ¾ Grad. Deshalb wird die größere der beiden Galaxien auch als „Bodes Nebel“ oder „Bodes Galaxie“ bezeichnet. Die beiden Galaxien wurde zwischen 1772 und 1778 auch von dem deutschen Astronomen Johann Gottfried Köhler beobachtet und im „Astronomischen Jahrbuch“ von 1782 publiziert. Im August 1779 wurden die Galaxien dann unabhängig von dem französischen Astronomen Pierre Méchain aufgefunden, der seine Entdeckung seinem Freund Charles Messier meldete. Messier fügte das Paar am 9. Februar 1781 als 81. und 82. Eintrag seinem berühmten Nebelkatalog hinzu. Dabei beschrieb er M 81 als leicht ovalen Nebel mit hellem Zentrum. Bei M 82 bemerkte er einen schwach langgestreckten Nebel ohne Sterne. Messier 82 trägt auch den Eigennamen „Zigarrengalaxie“, aufgrund ihrer äußeren Form. Offensichtlich wurde die Spiralstruktur von Messier 81 weder von Wilhelm noch von John Herschel oder späteren Beobachtern registriert.
Die M81-Galaxiengruppe
Die beiden Galaxien sind aufgrund ihrer Nähe ein häufiges Ziel für Studien professioneller Astronomen und werden von Hobbyastronomen gerne beobachtet und fotografiert. Messier 81 ist die Hauptgalaxie der rund 11,8 Millionen Lichtjahre entfernten und über 60 Mitglieder umfassenden M81-Galaxiengruppe, die unserer Lokalen Gruppe nicht unähnlich ist. Gleichzeitig ist es der uns am zweitnächsten liegende Galaxienhaufen. Nur die Sculptor-Gruppe im Sternbild Bildhauer liegt uns noch etwas näher. Die M81-Gruppe gehört, zusammen mit der Lokalen Gruppe, dem Virgo-Superhaufen an, dessen Zentrum vom Virgo-Galaxienhaufen in den Sternbildern Jungfrau und Haar der Berenike gebildet wird. Beide Galaxiengruppe bewegen sich in Richtung auf das Zentrum des Virgohaufens zu.
Sieben Galaxien der M81-Gruppe sind bereits mit Amateurteleskopen beobachtbar. Diejenigen Galaxien die eine IC/NGC-Nummern besitzen, wurden alle zwischen 1788 und 1801 von dem deutsch-britischen Astronomen Wilhelm Herschel entdeckt. Die irreguläre Galaxie NGC 2366, die Balkenspirale NGC 4233 sowie die Galaxien NGC 2976 und NGC 3077 zählen zu den bekannteren Objekten. Weitere Mitglieder sind IC 2574, UGC 4459 und die Zwerggalaxien Holmberg I, II und IX. Messier 81 und Messier 82 sind die hellsten und massereichsten Mitglieder des Haufens und sind, zusammen mit NGC 3077, auch räumlich echte Nachbarn, die untereinander in gravitativer Wechselwirkung stehen. Sie bilden das Zentrum des Galaxienhaufens, der eine Gesamtmasse von 1,6 x 10^12 Sonnenmassen aufweist. Auch die helle Spiralgalaxie NGC 2403 im Sternbild Giraffe wird zur M81-Gruppe gezählt. Insgesamt erstreckt sich die M81-Gruppe 40 x 20 Grad am Himmel und überdeckt ein 5,87 x 2,93 Millionen Lichtjahre großes Gebiet in den Sternbildern Großer Bär, Drache und Giraffe. Vor einigen 10 Millionen Jahren gab es eine enge Begegnung zwischen M 81, M 82 und NGC 3077 was zur Folge hatte, dass M 82 nachhaltig verformt wurde. Interstellares Gas fiel in das Zentrum von M 82 und NGC 3077 und löste einen so genannter Starburst aus. Heutzutage sind die beiden Hauptgalaxien wieder 130.000 Lichtjahre voneinander entfernt, was ungefähr die Entfernung der Großen Magellanschen Wolke zu unserer Milchstraße entspricht. Ein Zeugnis dieser gravitativen Wechselwirkung ist ionisiertes Wasserstoffgas, das sich als filamentartige Struktur zwischen den Galaxien bemerkbar macht und in der 21-Zentimeter-Linie des ionisierten Wasserstoffs leuchtet. Brücken aus neutralem Wasserstoffgas verbinden die drei Galaxien auch untereinander.
Bodes Galaxie: Messier 81
Bodes Galaxie ist eine 6,9 mag helle Grand-Design-Spiralgalaxie des Hubble-Typs Sb und mit einem scheinbaren Durchmesser von 24,9 x 11,5 Bogenminuten bereits in Feldstechern beobachtbar. Von der Fläche her entspricht das ungefähr 1/30 der Fläche des berühmten Andromedanebels (Messier 31). Mit einem Durchmesser von 92.000 Lichtjahren und 250 Milliarden Sonnenmassen, ist M 81 ungefähr halb so große wie unsere Galaxis. Das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie ist mit 70 Millionen Sonnenmassen allerdings 15-Mal massereicher als das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. Aus der unmittelbaren Umgebung des Kerns erhalten wir ein Emissionslinienspektrum vom Seyfert/LINER Typ, so dass M 81 als schwach aktive Galaxie mit schwach leuchtendem aktiven Kern betrachtete wird. Die aktive Kernregion ist unglaublich dicht und besitzt nur einen Durchmesser von 700 x 300 Astronomische Einheiten. In den zwei gut definierten, offenen und dünnen Spiralarmen von M 81 sind große Mengen interstellaren Staubs sichtbar, die mit Sternentstehungsregionen assoziiert sind und vor allem im Infrarotwellenlängenbereich mit Hilfe des Spitzer-Weltraumteleskops beobachtet wurden. Die heißen blauen Sterne in der Scheibe von M 81 erwärmen diesen Staub sehr effektiv, der für die meisten in dieser Galaxie detektierten Infrarotemissionen verantwortlich ist. Einer dieser Spiralarme, der viele junge blaue Sterne enthält, zeigt genau in Richtung der Galaxie Messier 82. In der Bulge der Galaxie sind auf Fotos ebenfalls Staubbahnen erkennbar.
Im Jahr 1993 wurde mit dem Hubble-Weltraumteleskop 31 Cepheiden entdeckt, so dass die Entfernung zu M 81 zuverlässig bestimmt werden konnte. 2001 wurden auch 114 offene Sternhaufen und 44 weitere Kugelsternhaufen in M 81 gefunden. 70 Kugelsternhaufen-Kandidaten wurden im Jahr 1995 bereits direkt beobachtet, wobei der hellste nur die 18. Größenklasse erreichte. Die Anzahl der Kugelsternhaufen wird mit 210 angegeben und liegt nahe der Anzahl der Kugelhaufen in unserer Heimatgalaxie.
In den zurückliegenden Jahren wurde in Messier 81 nur eine Supernova gefunden. SN 1993J wurde am 28. März 1993 von dem spanischen Amateurastronomen Francisco Garcia Diaz, mit einer scheinbaren Helligkeit von 10,5 Größenklassen, entdeckt und war zu diesem Zeitpunkt die zweithellste Supernova des 20. Jahrhunderts – nach der berühmten Supernova 1987A in der Großen Magellanschen Wolke. Diese Sternexplosion war recht ungewöhnlich, weil sie zu Beginn einer Supernova vom Typ II ähnelte und später starke Wasserstoff-Emissionen zeigte, die schließlich verblassten. Später erschien eine starke Helium-Spektrallinie. Somit glich sie dann eher einer Supernova vom Typ Ib. Auch zeigte SN 1993J Variationen in ihrer Leuchtkraft, so dass sie nun als Supernova vom Typ IIb klassifiziert wurde. Spätere Untersuchungen legten nahe, dass dieser Typ Supernova durch die Explosion eines Riesensterns vom Spektraltyp K verursacht wurde, der sich in einem engen Doppelsternsystems mit einem heißen Überriesen vom Spektraltyp B befand.
In unmittelbarer Nähe von M 81 befindet sich noch die flächenschwache und rund 2 Bogenminuten große irreguläre Zwerggalaxie Holmberg IX (UGC 5336), die sich nur 11 Bogenminuten vom Zentrum von M 81 entfernt befindet. Sie wurde in den 1950er Jahren vom schwedischen Astronomen Erik Holmberg entdeckt. UGC 5336 ist ein echter Begleiter von Messier 81 und gleicht den Magellanschen Wolken in unmittelbarer Nähe unserer Galaxis. Untersuchungen belegen, dass die Sterne in dieser Zwerggalaxie noch sehr jung sind und sich erst vor 200 Millionen Jahren gebildet haben. Ihr wahrer Durchmesser beträgt 10.000 Lichtjahre und die Helligkeit nur 14,3 mag, so dass sie meistens nur auf lang belichteten Fotos sichtbar wird.
Zigarrengalaxie: Messier 82
Die Zigarrengalaxie ist die interessantere Galaxie des Duos und das beste Beispiel einer gestörten Spiralgalaxie, die wir nahezu in Kantenlage beobachten können. Sie ist von der Erde aus gesehen die nächstgelegene Starburstgalaxie, eine der hellsten Infrarotgalaxien des Himmels sowie eine Quelle starker Radiostrahlung. Aus diesem Grund ist Messier 82 auch als Ursa Major A bekannt sowie im 3. Cambridge Catalogue of Radio Sources als 3C 231 verzeichnet. Ursprünglich war M 82 mal eine Galaxie mit niedriger Flächenhelligkeit. Heutzutage besitzt sie die 5‑fache Leuchtkraft unserer Galaxis. Mit einer Helligkeit von 8,6 mag und einer scheinbaren Ausdehnung von 11,2 x 4,3 Bogenminuten am Himmel, ist sie ebenfalls in kleinen Ferngläsern wahrnehmbar. Ihr Durchmesser beträgt 38.000 Lichtjahre und die Gesamtmasse 30 Milliarden Sonnen, so dass sie nur halb so groß wie ihr Begleiter erscheint. Fotos zeigen dunkle absorbierende Wolken aus interstellaren Gas, entlang der Galaxienscheibe, sowie ionisierte gasförmige Nebel in der Nähe ihrer Pole. Aufgrund ihres äußeren Erscheinungsbildes und ihrer großen Flächenhelligkeit, wurde sie lange Jahre als irreguläre Galaxie klassifiziert. Untersuchungen im Nahinfrarotbereich des Jahres 2005 zeigten allerdings eine Spiralstruktur, mit dem morphologischen Typ einer Balkenspiralgalaxie vom Typ SBc, sowie zwei symmetrische nachlaufenden Spiralarmen.
Vor 500 bis 600 Millionen Jahre kam es zu einer engen Begegnung mit Messier 81, deren gravitative Auswirkung immer noch anhält. Die Folge dieser Begegnung war ein hohe Sternentstehungsrate, ein so genannter Starburst, der durch einfallendes Gas in in den Kern der Galaxie und Dichtewellen ausgelöst wurde. Die Hochphase dieser Sternentstehung im Zentrum von M 82, die in einzelnen Wellen stattfand, fand vor 50 bis 10 Millionen Jahren statt. Aufgrund der hohe Rate an Supernovaexplosionen wurde Wasserstoffgas bipolar in die Außenbereiche der Galaxie geschleudert, die auf lang belichteten Aufnahmen als rote Filamente erscheinen und Geschwindigkeiten von 500 bis 800 km/s erreichen. Die ausgeworfenen Gaswolken sind auf beiden Seiten bis zu 34.000 Lichtjahre lang. Mit dem Hubble-Weltraumteleskop wurden im Kerngebiet der Galaxie, mit 500 Parsec Ausdehnung, 197 junge massereiche Sternhaufen mit jeweils 200.000 Sonnenmassen entdeckt. Es wird angenommen, dass sich sich vor 4 bis 6 Millionen Jahren gebildet haben. Die zahlreichen jungen Sterne, die zum Teil noch in den Staubwolken eingebettet sind, heizen das interstellare Medium auf. Insgesamt liegt die Sternentstehungsrate im Kernbereich zur Zeit 10 Mal höher als in unserer Galaxis. Das zentrale Schwarze Loch im Zentrum von Messier 82 besitzt eine Masse von 30 Millionen Sonnen.
Auch in der Scheibe von Messier 82 fand vor rund 500 Millionen Jahren ein Starburst statt, der vor 100 Millionen Jahren schließlich gestoppt wurde. Die starken Gezeitenkräfte ihrer größeren Nachbargalaxie verformen diese Scheibe, so dass sie auf Fotos deutlich gekrümmt erscheint. Mit Hilfe des Chandra-Röntgenobservatorium wurden auch zwei ultrahelle Röntgenquellen entdeckt. M82-X1 befindet sich nur 600 Lichtjahre vom Kern entfernt und ist ein mittelschweres Schwarzes Loch von 415 Sonnenmassen, das von einem sehr massereichen Stern umkreist wird. Die Quelle für M82-X2 ist dagegen ein Röntgenpulsar, der zu den hellsten bekannten Pulsaren überhaupt zählt und 100-Mal kräftiger als andere Pulsare leuchtet. Des Weiteren ist die Zigarrengalaxie ein Ort zahlreicher Supernovaexplosionen, die zumeist aber nicht direkt beobachtet wurden. Der dichte Staub in der Galaxienscheibe verhindert eine Beobachtung, so dass sie überwiegend nur im Radiobereich sichtbar sind. Allerdings wurde am 21. Januar 2014, von dem Astrophysik-Dozenten Steve Fossey und vier seiner Studenten, eine Supernova entdeckt, die eine Helligkeit von 10,9 Magnituden erreichte. Die Supernova SN 2014J vom Typ Ia war auch sehr leicht in kleineren Amateurteleskopen beobachtbar. Bei dieser Sternexplosion explodierte ein Weißer Zwerg in einem engen Doppelsternsystem, der über die Zeit Material vom Begleiter aufsammelte, bis eine kritische Masse erreicht wurde und eine thermonukleare Explosion den Weißen Zwerg schließlich zerriss. Sie war die nächstgelegen Supernova vom Typ Ia seit der Supernova SN 1972E in der Galaxie NGC 5253 im Sternbild Zentaur.
Beobachtung
Die beiden Galaxien sind bereits unter nicht ganz so optimalen Bedingungen, zum Beispiel bei Mondschein, beobachtbar. Unter einem sehr dunklen Alpenhimmel (Grenzgröße 7,3 mag) gelingt eine Beobachtung von Messier 81 sogar mit dem bloßen Auge. Damit gehört M 81 mit Abstand zum entferntesten Objekt, das ohne optische Hilfsmittel beobachtet werden kann. Schon mit einem kleinen Fernglas von 8x42, spätestens aber mit einem 10x50 Feldstecher, erscheinen die beiden Galaxien als schwache Lichtflecken, wobei ihr unterschiedliches Erscheinungsbild offensichtlich wird. M 82 befindet sich nur 38 Bogenminuten südlich von M 81 und ist deutlich dünner als ihr größerer Begleiter. Noch besser wirken die beiden Objekte in einem astronomischen Fernglas von 16x70 bzw. in einem kleinen Refraktor zusammen im Gesichtsfeld. In Teleskopen von 3 bis 4 Zoll Öffnung erscheint M 81 nur als unscharfer, in Nordwest-südöstlicher Richtung ausgerichteter ovaler Lichtfleck mit hellem Zentrum und nadelscharfem Kern. Die Galaxie bleibt auch in Geräten bis 6 Zoll eher strukturlos und präsentiert sich nur als diffuser, aber ziemlich heller Nebelfleck. Der 1,5 Bogenminuten große Zentralgebiet ist sehr hell und sein Kern fast stellar. Die Spiralstruktur ist in Teleskopen von 8 bis 10 Zoll Öffnung auch mit indirektem Sehen nur sehr schwer auszumachen und eher in Reichweite größerer Teleskope. Am Südende des Zentrums erkennt man zwei 11 mag helle Sterne, die im Galaxienkörper eingebettet sind und am Südrand zwei Sterne der 9. Größenklasse. Der westliche Stern ist ein enger Doppelstern.
Messier 82 verträgt höhere Vergrößerungen sehr gut und erscheint im 3 bis 4 Zöller bei niedriger Vergrößerung als helle, in Südost bis Nordwest orientierte Lichtnadel mit gleichmäßigem Licht. Ein Stern der 10. Größenklasse befindet sich direkt unterhalb des südwestlichen Endes der Scheibe. Mit Teleskopen von 6 bis 8 Zoll Öffnung erkennt man schon erste Strukturen. Hier tauchen senkrecht zur Scheibe Absorptionsbänder und Flecken auf, die zickzackförmig durch das Zentrum verlaufen. Weitere dunkle Knoten gibt es im südlichen Bereich und in der westlichen Hälfte der Galaxienscheibe. Der westliche Teil der Galaxie erscheint deutlich heller als der östliche. Auch der Kernbereich erscheint heller und kantig. Die Ränder der Scheibe laufen diffus in den Hintergrund über. Größere Fernrohre von 10 bis 12 Zoll Öffnung zeigen noch mehr Details und Strukturen in der Scheibe. Nur ¾ Grad südöstlich von M 81 befindet sich die Galaxie NGC 3077. In kleinen Teleskopen ist aber nur ein kleiner, schwacher und runder Nebelfleck der 10. Größenklasse zu erkennen.
Messier 81 und Messier 82 befindet sich ungefähr 10° nordwestlich des 1,8 mag hellen Sterns Dubhe (Alpha Ursae Majoris) und sind am besten im Frühjahr sichtbar, wenn das Sternbild Großer Bär in der Nähe des Zenits kulminiert. Von der südlichen Hemisphäre aus gelingt eine Beobachtung nur in der Nähe des Äquators. Weil das Gebiet, in dem sich die Galaxien befinden, keine auffälligen Sterne enthält, gestaltet sich das Auffinden vergleichsweise schwierig. Vom Kasten des Großen Wagen ausgehend verlängern wir die Verbindungslinie zwischen Phecda (Gamma UMa) und Dubhe (Alpha UMa) ungefähr um den gleichen Abstand in Richtung Nordwesten. Dort befinden sich zwei schwache Sterne der 5. Größenklasse, wobei es sich bei dem einen Stern um den 4,5 mag hellen 24 UMa handelt, den wir in die Suchermitte einstellen. M 81 und M 82 befinden sich ungefähr 2° südöstlich dieser beiden Sterne in Richtung des Polarstern.
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Steckbrief für Messier 81 & Messier 82
Objektname | Messier 81 Messier 82 |
Katalogbezeichnung | NGC 3031, UGC 5318, PGC 28630 NGC 3034, UGC 5322, PGC 28655, 3C 231 |
Eigenname | Bodes Nebel, Bodes Galaxie, Bode’s Nebula Zigarrengalaxie, Cigar Galaxy, Ursa Major A |
Typ | Galaxie, Sb Galaxie, Scd/SBb |
Sternbild | Großer Bär (Ursa Major) |
Rektaszension (J2000.0) | 09h 55m 33,5s 09h 55m 54,0s |
Deklination (J2000.0) | +69° 04′ 02″ +69° 40′ 59″ |
V Helligkeit | 6,9 mag 8,6 mag |
Flächenhelligkeit | 13,2 mag 12,4 mag |
Winkelausdehnung | 24,9′ x 11,5′ 11,2′ x 4,3′ |
Positionswinkel | 157° 65° |
Absolute Helligkeit | -21,591 mag ‑18,566 mag |
Durchmesser | 92.000 Lichtjahre 38.000 Lichtjahre |
Entfernung | 11,8 Millionen Lichtjahre |
Beschreibung | ! eB,eL,E 156,gsvmbM,BN; brightest in group;fine spiral vB,vL,vmE(ray); M81 group;eruptive;H IV 79 |
Entdecker | Johann Elert Bode, 1774 |
Sternatlanten | Cambridge Star Atlas: Chart 1 & 4 Interstellarum Deep Sky Atlas: Chart 5 Millennium Star Atlas: Charts 537–538 (Vol II) Pocket Sky Atlas: Chart 31 Sky Atlas 2000: Chart 2 Uranometria 2nd Ed.: Chart 14 |