PixInsight – Plate Solving en bepalen van afstanden

In stap 7 hebben we bepaald welke objecten op het image zijn vastgelegd middels een plate-solve. Door gebruik te maken van een extra optie van het AnnotateImage script kunnen we afstanden van objecten bepalen door gebruik te maken van de Hyperleda database en geannoteerde PGC objecten.

Als voorbeeld voor het werken met de resultaten van de PixInsight plate-solve functie wordt hier een opname van M81/M82 en omgeving gebruikt die gemaakt is met een Esprit 100mm f5.5 triplet refractor en Canon 6D DSLR camera.

Deze combinatie heeft een afbeeldingsmaatstaf van 2.5 boogseconden per pixel. De opname bestaat uit 57*300 seconden iso 1600 subs, de weergave is omgezet naar grijswaarden middels (/Process/ColorSpaceConversion/ConvertToGrayscale) om zoveel mogelijk data zichtbaar te maken zonder zorgen over kleurweergave. Na het toepassen van de plate-solve functie in stap 7 (/Script/Image Analysis/ImageSolver) is de Annotate functie toegepast (/Script/Render/AnnotateImage) met de PGC Hyperleda optie aangevinkt. Het script heeft het volgende image gegenereerd:

Nu kunnen we voor elke weergave met PGC code de aanvullende gegevens opzoeken in de Hyperleda database die hier te raadplegen is: http://leda.univ-lyon1.fr/

Als voorbeeld gebruiken we hier het sterrenstelsel PGC2731294 dat op de opname schuin rechtsonder M82 te vinden is (zie detailfoto hieronder). Na invoeren van dit nummer in het zoekscherm komt het volgende scherm met resultaten tevoorschijn (zie hieronder rechts). Van belang voor dit verhaal zijn 2 waarden in deze tabel, de “Total B-magnitude” die de waarde 18.32+/-0.50 heeft en de “Cosmological distance modulus”, de “modz” met een waarde van 40.11. (Verderop gaan we nog enkele velden gebruiken)

Nu moeten we deze distance modulus nog omrekenen naar een afstandswaarde in lichtjaren. Voor het gebruiksgemak geef ik eerst de formule die hiervoor gebruikt moet worden en daarna de toelichting hierop.

Afstand in miljoen lichtjaar = 3.26 * 10 tot de macht (( distance modulus – 25)/5)

Voor  PGC2731294 wordt deze vergelijking:

3.26*10^(40.11-25)/5 )= 3400 miljoen lichtjaar oftewel 3.4 miljard lichtjaar. (!!)

We kunnen de vergelijking ook even testen voor M81 om iets dichter bij huis te blijven en we voeren in het Hyperleda zoekveld M81 in. Dan vinden we ook een “distance modulus”, in dit geval de “mod0” waarde van 27.79 die als resultaat 11.79 miljoen lichtjaar geeft. Dit komt overeen met afstanden die we vinden in bronnen als Wikipedia.

Toelichting op het gebruik van de vergelijking:

De afstandsmodulus is de schijnbare magnitude van een sterrenstelsel minus de absolute helderheid van dat stelsel minus de totale lichtabsorptie door stof.

De bepaling van de afstands modulus is een lastige klus waar weer verschillende methoden voor zijn op basis van bijv. gebruikte filters. Daarom zijn er ook verschillende modulus termen. De verdere berekening is echter eenvoudig in bijv. een spreadsheet te doen.

Voor LibreOffice Calc gebruik ik de formule:

=POWER(10,((cel met moduluswaarde-25)/5)

om de afstand in megaparsec uit te rekenen. Daarna vermenigvuldigen met 3.262 voor de afstand in miljoen lichtjaar.

Maar de Hyperleda database gaat in dit geval nog niet diep genoeg, zo vond ik een artikel van Tim Stone over de omgeving van M81/M82 in het maandblad van de “Twin City Amateur Astronomers” in Illinois. Elke maand staat daar wel een artikel met diepgang in, alle exemplaren zijn te downloaden en in te zien op: http://tcaa.us/Observer.aspx

Het artikel over de omgeving van M81/M82 “Ursa Major’s Dynamic Trio and Entourage” staat in dit juni 2015 nummer op pagina 20-23. Op 9 februari 2016 heb ik van Tim Stone toestemming gekregen voor het gebruik van onderstaand screenshot uit dit nummer van het Observer magazine: http://tcaa.us/Observer/Jun%2015%20Observer.pdf

De besproken opname heeft meer dan 40 uur belichtingstijd met een 8 inch kijker en de  foto  laat het stuk rond Galaxygroup SDSS CGB 02456 zien, deze groep is op de Esprit 100 opname ook goed te zien. Mijn speciale aandacht gaat verder uit naar de inverse weergave die hierboven rechtsonder te zien is met een stelsel met magnitude 22.9.  Om dit deel beter te kunnen vergelijken kreeg ik van Tim Stone een grotere versie hiervan toegestuurd die hieronder te zien is met balktitel “RGB 1:2 Mag_22.9”. Als vergelijking is daarboven een inverse weergave te zien die via de 3 keer drizzle optie is gestacked (6 uur 25 minuten, Esprit 100mm/ Canon 6D) Op de (onderste) opname van Tim Stone is het stelsel met magnitude 22.9 ( sdss j095332.82+694819.0) te zien tussen de rode kruislijnen en in de Esprit opname is dit nog niet te zien … Maar we vergelijken hier een 10 inch systeem met 40 uur belichting met een 4 inch systeem met 6 uur belichting en we zien dat dat al erg dicht bij elkaar zit.

Dit stelsel sdss j095332.82+694819.0 zou volgens de The Slone Digital Sky Survey (SDSS) een afstand van 2400 miljoen lichtjaar hebben, maar waarom heeft het magnitude 22.9 terwijl  ons Hyperleda stelsel PGC2731294 op 3400 miljoen lichtjaar magnitude 18.3 heeft? Dat Komt omdat Tim Stone gebruik maakt van de “z” waarde (light travel time) i.p.v. afstandsmodulus en daarnaast is er een verschil in de afstandsmodulus waarde tussen Hyperleda en SDSS, zie hieronder de sectie “Zoeken in de SDSS database”.

Hieronder tenslotte nog de 3 maal drizzle opname van het centrumgebied van de M81/M82 omgeving in volle resolutie in grijstinten:

Zoeken in de SDSS database.

Als voorbeeld gebruiken we het al eerder in de Hyperleda opgezochte stelsel PGC2731294. In de Hyperleda schermprint vinden we de J2000 positie bovenin het veld “celpos” ( J095718.74+693607.0 ). Hiermee kunnen we gaan zoeken op/rond deze positie in een SDSS database via het zoekschermpje op SDSS Skyserver . Dat ziet er als volgt uit:

We voeren de Ra en Dec in en een zoekradius. Dan tenminste 1 magnitude onder- en bovengrens en klikken op de “submit” knop waarna het volgende resultaatvenster tevoorschijn komt:

De bovenste regel is in dit geval het gezochte stelsel met “objID” eindigend op 002. Wanneer we hier op verder klikken zien we een verzamelscherm met resultaten:

Om de afstandsmodulus te vinden moeten we nog 1 maal klikken, links in de balk op “PhotoZ”. Dan zien we het volgende scherm:

En hier staat eindelijk de waarde “dmod”, de afstandsmodulus, met de waarde 39.538101 die met onze formule een afstand van 2637 miljoen lichtjaar geeft. Dat wijkt nogal af van de afstand die we berekend hadden met de dmod van 40.11  in de Hyperleda database die 3400 miljoen lichtjaar als afstandsresultaat geeft. En dat heeft alles te maken met de onzekerheden/verschillen  in magnitudebepalingen en stofabsorptie. We hebben nu voor dit stelsel een beter gefundeerde afstand met een schatting van de onzekerheid hierin van  3000+/- 400 miljoen lichtjaar.

Met de kennis die we nu hebben opgedaan kunnen we alvast in de bewolkte periodes heerlijk aan de slag met de Hyperleda database.

Copyright © Kees Scherer (auteur) & © starry-night.nl 2016

Referenties:

1. The Observer of the Twin City Astronomers, June 2015. Tim Stone, “Ursa Major’s Dynamic Trio and Entourage”;
2. Het Science forum op de iceinspace.com.au website ( Galaxy Distances – convert Distance Modulus to Distance! ).