NEBULAE

The Soul Nebula

— IC 1848 —

The Soul Nebula IC 1848 in Cassiopeia, its cavities hollowed out by the young stars inside it

Processed by Nicolas Rolland, Paris. 20.6 hours gathered by Grand Mesa Observatory at Whitewater, Colorado, USA.

The hollows in this cloud were carved out by the stars that came out of it.

One complex, three catalogue names

The Soul Nebula lies about 6,500 light-years away in Cassiopeia, in the Perseus arm of the Milky Way, next to the Heart Nebula — the two are part of the same star-forming complex. It carries several designations, and they are all the same object seen through different surveys: IC 1848 from the Index Catalogue, Sh2-199 from Sharpless, and W5 from Westerhout's radio survey. The last one comes up most often in the literature, because much of what is known about this region was worked out at radio and infrared wavelengths rather than in visible light.

Cavities blown from the inside

Several open clusters sit inside the nebula, and their most massive members have hollowed it out. A star of thirty or forty solar masses puts out a wind fast enough to push gas away from it for tens of light-years, and enough ultraviolet to ionise whatever it cannot move. What is left is a set of large cavities with the clusters at their centres, walls of compressed gas at their edges, and pillars standing where a dense clump held out against the erosion. The nebula is being taken apart by its own products.

Each generation setting off the next

W5 is one of the clearest cases anywhere of star formation triggering more of itself. Infrared surveys of the region found an age gradient: the stars in the middle of each cavity are the oldest, those along the rims are younger, and the youngest of all sit inside the pillars at the edges. That is the signature of a shock front. As the cavity expands it compresses the gas ahead of it past the point where it can hold itself up, and the collapse that follows makes the next batch of stars — which then blow their own cavity into whatever is left.

Twenty hours, and nothing but three lines

A Takahashi FSQ130 at f/5 with a monochrome sensor, from Whitewater in October 2020 — twenty and a half hours across a field of 3 by 1.9 degrees, and every frame narrowband: nine hours of H-alpha, six of OIII, five and a half of SII, with no broadband at all. On an emission nebula that wide the three lines are the only practical way to reach the faint structure, and the trade is visible in the stars, whose colours here come from the same three filters as the gas and are not their own. What twenty hours reaches is the shape of the cavities and the outline of the pillars. What it does not reach is what the pillars contain: the young stars inside them are still wrapped in dust, they emit in the infrared, and no optical filter will find them. Grand Mesa Observatory gathered the data at Whitewater.

Hubble palette (SHO): SII in the red channel, H-alpha in green, OIII in blue. The colours are a mapping of three emission lines, not a record of what the eye would see, and the star colours come from the same three filters as the nebula.

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Version française
Les creux de ce nuage ont été taillés par les étoiles qui en sont sorties.
 
La nébuleuse de l'Âme se trouve à environ 6 500 années-lumière dans Cassiopée, dans le bras de Persée de la Voie lactée, à côté de la nébuleuse du Cœur — les deux appartiennent au même complexe de formation d'étoiles. Elle porte plusieurs désignations, et ce sont toutes le même objet vu par des relevés différents : IC 1848 pour l'Index Catalogue, Sh2-199 pour celui de Sharpless, et W5 pour le relevé radio de Westerhout. C'est ce dernier nom qui revient le plus dans la littérature, parce que l'essentiel de ce qu'on sait de cette région a été établi en radio et en infrarouge plutôt qu'en lumière visible.
 
Plusieurs amas ouverts se tiennent à l'intérieur de la nébuleuse, et leurs membres les plus massifs l'ont creusée. Une étoile de trente ou quarante masses solaires produit un vent assez rapide pour repousser le gaz sur des dizaines d'années-lumière, et assez d'ultraviolet pour ioniser ce qu'elle ne parvient pas à déplacer. Il en résulte de vastes cavités, avec les amas en leur centre, des parois de gaz comprimé sur leurs bords, et des piliers là où un grumeau dense a résisté à l'érosion. Cette nébuleuse est démontée par ce qu'elle a produit.
 
W5 est l'un des cas les plus nets qui soient de formation stellaire qui en déclenche d'autres. Les relevés infrarouges de la région y ont trouvé un gradient d'âge : les étoiles du milieu de chaque cavité sont les plus anciennes, celles des bords sont plus jeunes, et les plus jeunes de toutes se tiennent dans les piliers de la périphérie. C'est la signature d'un front de choc. En s'étendant, la cavité comprime le gaz devant elle au-delà du point où il peut se soutenir, et l'effondrement qui suit fabrique la fournée d'étoiles suivante — laquelle creuse à son tour sa propre cavité dans ce qui reste.
 
Une lunette Takahashi FSQ130 à f/5 avec un capteur monochrome, depuis Whitewater, en octobre 2020 — vingt heures et demie sur un champ de 3 sur 1,9 degré, et rien que de la bande étroite : neuf heures de H-alpha, six d'OIII, cinq et demie de SII, sans aucune pose à large bande. Sur une nébuleuse en émission de cette largeur, les trois raies sont le seul moyen praticable d'atteindre la structure ténue, et la contrepartie se voit sur les étoiles, dont les couleurs proviennent ici des mêmes trois filtres que le gaz et ne sont pas les leurs. Ce que vingt heures atteignent, c'est la forme des cavités et le tracé des piliers. Ce qu'elles n'atteignent pas, c'est ce que les piliers contiennent : les jeunes étoiles qui s'y forment sont encore enveloppées de poussière, elles rayonnent dans l'infrarouge, et aucun filtre optique ne les trouvera. Grand Mesa Observatory a rassemblé les données à Whitewater.
 
Palette Hubble (SHO) : le SII occupe le canal rouge, le H-alpha le vert, l'OIII le bleu. Ces couleurs sont l'affectation de trois raies d'émission et non un relevé de ce que verrait l'œil, et les couleurs des étoiles viennent des mêmes trois filtres que la nébuleuse.

Technical data
OpticsTakahashi FSQ130 f/5
CameraQHY600M
MountParamount ME
FiltersHa, OIII, SII
LocationGrand Mesa Observatory at Whitewater, Colorado, USA
DateOctober 2020
Exposures20.6 hours Ha 56 × 600 sec · OIII 35 × 600 sec · SII 33 × 600 sec
Distance~6,500 ly
SoftwarePixinsight, CCDstack, Photoshop
CopyrightsNicolas Rolland & Grand Mesa Observatory
Finding chart The Soul Nebula — finding chart
RA02h 54m 33.3s Dec+60° 22′ 05.9″ Size3.03 × 1.89 deg Orientationup is 360° E of N ConstellationCassiopeia