Ein Spektrum von Beteigeuze

Der Stern Beteigeuze (Betelgeuse, Alpha Orionis) im Sternbild Orion ist ein auffälliger Stern des Winterhimmels. Im Winter 2019/2020 sorgte er mit einem Helligkeitsabfall für Schlagzeilen. Am 14. Januar 2022 klarte der Himmel auf und ich richtete meine neue Ausrüstung zu Spektralanalyse auf ihn aus. Das Titelbild zeigt das Sternbild Orion, ein Foto eines Spektrum und die Analyse.

Das Aufklaren kam recht überraschend und der Mond war beinahe voll. Solche Bedingungen locken mich selten aus dem gemütlichen Haus, gerade im Winter. Doch für einen Versuch in Spektralastronomie waren das gute Bedingungen. Also brachte ich die Ausrüstung auf den Balkon, zog mich an und legte los.

Eigentlich wollte ich mir Wega schnappen, denn schon vor Weihnachten hatte ich mit diesem Stern experimentiert. Doch in den seit dem vergangenen fünf Wochen ist Wega weitergezogen und stand schon hinter dem Nachbarhaus.

Daher richtete ich die Ausrüstung (Foto am Ende des Beitrags) spontan auf Beteigeuze aus.
Natürlich war ich nicht vorbereitet. Bisher haben mich Sternspektren nie im Detail interessiert.

Und schon im ersten Bild sah ich eindeutig Strukturen im Spektrum!
Genial.
Ich war von zwei Dingen sofort begeistert: Die Ausrüstung funktionierte und das Objekt zeigte Details!

Um ein Spektrum erstellen zu können, nahm ich zunächst Videos auf: 50 Bilder mit etwa 1,7 Sekunden Belichtungszeit der Einzelbilder. Diese wurden dann mit AVISTACK übereinander gerechnet. Das Summenbild zeigt links als Punkt die “nullte Ordnung”, das direkte Licht von Beteigeuze, und rechts die Zerlegung in Spektralfarben mit deutlichen Schattierungen (so genannte “Banden”).

Nach einer kurzen Zwischenbearbeitung (insbesondere Drehung und Beschneiden) in Fitswork folgte dann in Visual Spec die Umwandlung in Zahlenreihen. Diese wiederum wurden nach Excel importiert, mit dem die folgende Grafik entstand.

In der Grafik ist die Helligkeit auf dem Kamerachip über der Wellenlänge aufgetragen. Zunächst würde man einen halbwegs glatten “Buckel” in dieser Grafik erwarten wie es bei den LEDs der Fall ist. Doch bei Beteigeuze weist der “Buckel” Kerben auf. Das sind die dunklen Bereiche im Spektrum und werden “Banden” genannt. Die Zuordnung der Absorptionsbanden im Spektrum war nicht einfach (TiO steht für Titanoxid, Na für Natrium und MgH für Magnesiumhydrid).

Hilfreich waren insbesondere eine Arbeit der Uni Hamburg und eine Arbeit von Fanni Fiedrich. Sollte ein Kenner der Materie Zweifel an der von mir getroffenen Zuordnung haben, bitte ich um Mitteilung. Das Thema ist noch neu für mich. Die Lumineszenzbanden in Zinkoxid hätte ich noch besser im Überblick …

Was ich außerdem gelernt habe:

Die Auflösung im Spektrum wird besser, wenn ich das Kameraobjektiv abblende. Blende 16 ist überhaupt kein Problem, dann beträgt die Belichtungszeit etwa 1,7 Sekunden. Entsprechend sind auch noch lichtschwächere Sterne für Spektroskopie erreichbar. Es wird ein Sternenfeld von 1,5 Grad x 2 Grad abgebildet. Das Ausrichten mit Hilfe einer Kante des Kameragehäuses war daher kein Problem.

Beim Stacken mit Avistack entsteht irgendein FITS-Bildformatdetail, mit dem Visual Spec nicht umgehen kann. Allerdings ließ sich das durch Konvertieren in BMP umgehen. Grundsätzlich bringt aber das Stacken eines Videos die erhoffte Verringerung des Rauschens im Spektrum.

Es bleibt noch einiges zu tun, bspw. eine Ausrichthilfe basteln, eine Kalibriermethode etablieren und die Analyse mit Stacken/Visual Spec/Tabellenkalkulation verbessern. Und mein Wissen betreffend Sternspektren vertiefen. Außerdem lohnt es sich, eine Liste von Sternen zu erstellen, von denen ich ein Spektrum aufnehmen will.

Abschließend noch ein Bild des Kameraobjektivs mit eingebautem Blazegitter und angesetzter Kamera, montiert auf der StarAdventurer. Die Funktion ist in einem eigenen Artikel beschrieben.

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