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A Wolf-Rayet Ring in Carina

RCW 58

RCW 58, a Wolf-Rayet nebula, a shell of gas shed by a massive star nearing supernova, in 30.2 hours of HaOIIIRGB

Processed by Nicolas Rolland, Paris. 30.2 hours gathered by Martin Pugh at El Sauce Observatory, Rio Hurtado, Chile.

This star is throwing away its own outer layers, and what you see is the part that has already left.

WR 40, and the gas it has shed

RCW 58 is a ring nebula in Carina built from material lost by the star at its centre: WR 40, also catalogued HD 96548, of spectral type WN8. The bright blue star in the middle of the field is that star. Wolf-Rayet stars are massive — WR 40 is thought to hold around twenty times the mass of the Sun at this stage — and they are in the process of losing what remains of their envelopes to stellar winds far stronger than anything the Sun produces.

Hot enough to light what it loses

Surface temperatures in this class run from around 30,000 kelvin to well over 100,000, and the ultraviolet output that goes with that is what makes the nebula visible: the star ionises the gas it has just expelled, and the gas radiates. Several hundred Wolf-Rayet stars are catalogued in the Milky Way. Most are expected to end as supernovae, which puts a limit on how long any of this lasts.

Where the oxygen runs ahead of the hydrogen

There is a detail in these objects worth knowing before looking at one. Across eight of the best-studied Wolf-Rayet ring nebulae in the galaxy, the outer edge of the OIII emission sits further out than the outer edge of the H-alpha. The two are not tracing the same boundary: the offset is read as the shock front where the expanding bubble meets the material the star shed earlier, with the oxygen marking the shock and the hydrogen marking what has been swept up behind it.

Thirty hours, split evenly

The CDK17 was working at f/6.8 with adaptive optics ahead of the sensor, from Rio Hurtado in May 2020. Thirty hours in all, and the narrowband is split exactly in half: twelve hours of H-alpha, twelve of OIII, with six across red, green and blue for the star colours. That even split is the point. If the OIII edge sits outside the H-alpha edge, then under-exposing either one moves an apparent boundary that is a real measurement — half the time on OIII would have brought the shock front in without changing anything about the object. What thirty hours does not reach is the outermost material, where both lines fade together. Martin Pugh gathered the data at El Sauce.

HOO palette: H-alpha in the red channel, OIII in green and blue. The nebula's colours are not its true colours; the two lines are mapped to make the structure readable, not to reproduce what an eye would see.

Version française
Cette étoile est en train de perdre ses couches externes, et ce qu'on voit est la part qui l'a déjà quittée.
 
RCW 58 est une nébuleuse annulaire de la Carène, formée de la matière perdue par l'étoile qui en occupe le centre : WR 40, également cataloguée HD 96548, de type spectral WN8. L'étoile bleue et brillante au milieu du champ est cette étoile. Les Wolf-Rayet sont massives — WR 40 en serait à une vingtaine de masses solaires à ce stade — et elles sont en train de perdre ce qui reste de leur enveloppe sous l'effet de vents stellaires sans commune mesure avec ce que produit le Soleil.
 
Les températures de surface de cette classe s'échelonnent d'environ 30 000 kelvins à bien plus de 100 000, et le rayonnement ultraviolet qui va avec est ce qui rend la nébuleuse visible : l'étoile ionise le gaz qu'elle vient d'expulser, et ce gaz rayonne. Plusieurs centaines de Wolf-Rayet sont répertoriées dans la Voie lactée. La plupart devraient s'achever en supernova, ce qui borne la durée de tout ceci.
 
Il y a dans ces objets un détail qu'il vaut mieux connaître avant d'en regarder un. Sur les huit nébuleuses annulaires Wolf-Rayet les mieux étudiées de la Galaxie, le bord extérieur de l'émission OIII se situe plus loin que celui de l'émission H-alpha. Les deux ne tracent pas la même limite : ce décalage se lit comme le front de choc où la bulle en expansion rencontre la matière expulsée plus tôt, l'oxygène marquant le choc et l'hydrogène ce qui a été balayé derrière lui.
 
Le CDK17 travaillait à f/6,8, avec une optique adaptative devant le capteur, depuis Rio Hurtado en mai 2020. Trente heures en tout, et la bande étroite est partagée exactement en deux : douze heures de H-alpha, douze d'OIII, plus six réparties entre rouge, vert et bleu pour la couleur des étoiles. Ce partage égal est justement l'enjeu. Si le bord de l'OIII se tient à l'extérieur de celui du H-alpha, sous-exposer l'un ou l'autre déplace une limite apparente qui est une mesure réelle — la moitié du temps sur l'OIII aurait rapproché le front de choc sans que l'objet ait bougé. Ce que trente heures n'atteignent pas, c'est la matière la plus externe, là où les deux raies s'effacent ensemble. Martin Pugh a rassemblé les données à El Sauce.
 
Palette HOO : le H-alpha occupe le canal rouge, l'OIII les canaux vert et bleu. Les couleurs de la nébuleuse ne sont pas ses vraies couleurs ; les deux raies sont affectées pour rendre la structure lisible, non pour reproduire ce que verrait un œil.

TECHNICAL DATA

ACQUISITION DETAILS

OPTICS Planewave CDK17 @ F/6.8
CAMERA SBIG STXL-11002 (AOX)
MOUNT Paramount ME
FILTERS Ha, OIII, R, G, B
LOCATION El Sauce Observatory, Rio Hurtado, Chile
DATE May 2020
EXPOSURES 30.2 hours (Ha 24 x 1800 sec, OIII 24x 1800 sec, R 9 x 900 sec, G 8x 900 sec, B 8x 900 sec)
PROCESSING SOFTWARE Pixinsight, CCDstack, Photoshop
COPYRIGHTS Nicolas Rolland & Martin Pugh

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TARGET DETAILS

RA 11h 06m 16.5s
DEC -65° 30' 34.3"
SIZE 23.7 x 23.7 arcmin
ORIENTATION Up is 14.8 degrees E of N
CONSTELLATION Carina
DISTANCE 16,000 ly