STAR CLUSTER

The Jewel Box

— NGC 4755 —

The Jewel Box, NGC 4755, an open cluster in Crux prized for its contrasting star colors, in 10.8 hours of LRGB

Processed by Nicolas Rolland, Paris. 10.8 hours gathered at El Sauce Observatory, Rio Hurtado, Chile.

Every star in this cluster was born at the same time. Everything different about them is a difference of mass.

A casket of coloured stones

NGC 4755 sits in Crux, the Southern Cross, and carries two names: the Jewel Box and the Kappa Crucis cluster. Nicolas Louis de Lacaille catalogued it during his stay at the Cape between 1751 and 1752, among the finest of the objects he found there. The name in use came later, from John Herschel, who described the group through his telescope as a casket of variously coloured precious stones.

A hundred stars, and one that is out of place

At magnitude 4.2 the cluster reads as a single star to the naked eye. It holds around a hundred within ten arcminutes. Most are blue giants; the brightest is κ Crucis, a blue supergiant of magnitude 5.9 and spectral type B5. The fourth brightest is something else entirely — a red supergiant of class M2 at magnitude 7.6, sitting among hot blue companions and matching none of them. It is the reason this cluster is photographed rather than merely counted.

Why the colours are a clock

That red star is not older than the others. The cluster is one of the youngest known, around seven million years, and every member started at the same moment — which means age cannot explain any difference between them. Mass can. A more massive star burns through its hydrogen faster, so at seven million years the heaviest member of the group has already left the main sequence and swollen into a red supergiant while the rest have barely settled onto it. The colour differences across this field are the same clock read at different speeds.

Eight hours of colour, three of luminance

A CDK24 at f/6.5 with a monochrome sensor from Rio Hurtado in September 2021, ten hours and fifty minutes in ten-minute frames — and the split is the opposite of the usual one: three hours of luminance against nearly eight across red, green and blue. That inversion is the subject. Depth buys nothing here; a magnitude 4.2 cluster is bright, and the faintest thing in the frame is not what the image is about. What the extra colour buys is the ability to hold an M2 supergiant and a B5 supergiant in the same exposure without either collapsing into white — a difference of several thousand kelvin that only survives if neither channel saturates. The field runs 25.8 arcminutes square for a cluster ten across, which leaves the surrounding star fields of Crux in the frame, and they are dense enough to make the cluster harder to pick out rather than easier.


Version française
Toutes les étoiles de cet amas sont nées au même moment. Tout ce qui les distingue est une différence de masse.
 
NGC 4755 se trouve dans la Croix du Sud et porte deux noms : la Boîte à bijoux et l'amas Kappa Crucis. Nicolas Louis de Lacaille l'a catalogué lors de son séjour au Cap, entre 1751 et 1752, parmi les plus beaux objets qu'il y ait trouvés. Le nom en usage est venu plus tard, de John Herschel, qui décrivit ce groupe dans son télescope comme un coffret de pierres précieuses de couleurs variées.
 
À la magnitude 4,2, l'amas se lit comme une étoile unique à l'œil nu. Il rassemble une centaine d'étoiles dans dix minutes d'arc. La plupart sont des géantes bleues ; la plus brillante est κ Crucis, une supergéante bleue de magnitude visuelle 5,9 et de type spectral B5. La quatrième plus brillante est tout autre chose — une supergéante rouge de classe M2, de magnitude 7,6, installée parmi des compagnes bleues et chaudes auxquelles elle ne ressemble en rien. C'est pour elle que cet amas est photographié plutôt que simplement dénombré.
 
Cette étoile rouge n'est pas plus vieille que les autres. L'amas est l'un des plus jeunes connus, environ sept millions d'années, et tous ses membres ont commencé au même instant — ce qui veut dire que l'âge ne peut expliquer aucune différence entre eux. La masse, si. Une étoile plus massive brûle son hydrogène plus vite : à sept millions d'années, le membre le plus lourd du groupe a déjà quitté la séquence principale et s'est dilaté en supergéante rouge quand les autres viennent à peine de s'y installer. Les écarts de couleur dans ce champ sont la même horloge lue à des vitesses différentes.
 
Un CDK24 à f/6,5 avec un capteur monochrome, depuis Rio Hurtado, en septembre 2021 : dix heures et cinquante minutes en poses de dix minutes — et la répartition est l'inverse de l'habituelle, trois heures de luminance contre près de huit réparties entre rouge, vert et bleu. Cette inversion est le sujet. La profondeur n'apporte rien ici ; un amas de magnitude 4,2 est brillant, et l'objet le plus faible du champ n'est pas ce dont parle l'image. Ce que la couleur supplémentaire apporte, c'est la possibilité de tenir une supergéante M2 et une supergéante B5 dans la même pose sans que l'une ou l'autre ne s'écroule en blanc — un écart de plusieurs milliers de kelvins qui ne survit que si aucun canal ne sature. Le champ couvre 25,8 minutes d'arc de côté pour un amas qui en fait dix, ce qui laisse dans le cadre les champs d'étoiles de la Croix du Sud, assez denses pour rendre l'amas plus difficile à isoler et non plus facile.

Technical data
OpticsPlanewave CDK24 @ F/6.5
CameraFLI PL 9000
MountMathis MI-1000/1250 with absolute encoders
FiltersL, R, G, B
LocationEl Sauce Observatory, Rio Hurtado, Chile
DateSeptember 2021
Exposures10.8 hours L 18 × 600 sec · R 15 × 600 sec · G 17 × 600 sec · B 15 × 600 sec
SoftwarePixinsight, CCDstack, Photoshop
CopyrightsNicolas Rolland & Telescope.Live
Finding chart The Jewel Box — finding chart
RA12h 53m 38.7s Dec-60° 20′ 56.6″ Size25.8 × 25.8 arcmin Orientationup is 359° E of N ConstellationCrux