NEBULAE

The Flaming Skull Nebula

— Sh2-68 —

Sh2-68, the Flaming Skull Nebula, a large faint planetary nebula remnant in Serpens, in 51.5 hours of HaOIIILRGB

Processed by Nicolas Rolland, Paris. 51.5 hours gathered by Martin Pugh at El Sauce Observatory, Rio Hurtado, Chile.

This shell has been expanding for forty-five thousand years, and it is losing its shape to whatever it is expanding into.

Forty-five thousand years of expansion

Sh2-68 sits in the northern part of Serpens, about four degrees north-northeast of eta Serpentis, and spans some eight arcminutes. It is a planetary nebula near the end of its visible life: the shell a sun-like star shed as it collapsed into a white dwarf, thinning out for around forty-five thousand years. Most planetary nebulae look tidy. This one does not.

A shape drawn by resistance

The irregularity is not decorative. As the shell expands it runs into the interstellar medium around it, and the boundary between the two is unstable — a Rayleigh-Taylor instability, the same effect that makes a heavy fluid pushing into a light one break up into fingers and lobes rather than staying flat. What the image shows is that boundary caught mid-collapse. Along with Sh2-174, this nebula is one of the standard test cases for how planetary nebulae and the interstellar medium interact.

A star that may not belong to it

The white dwarf that produced the shell does not sit at its centre; it is visibly offset. Its distance is put between 120 and 270 parsecs, while the nebula is put between 200 and 500. Those two ranges barely overlap. Either the measurements will converge with better data, or the star and the shell are not at the same distance at all — and this object is a good deal stranger than it looks.

Fifty-one hours, mostly narrowband

The CDK17 was working at f/6.8 with adaptive optics ahead of the sensor, from Rio Hurtado in August 2022. Fifty-one and a half hours went to this field, and thirty-six of them are narrowband: twenty-five in H-alpha, eleven and a half in OIII. That ratio is the whole answer to a nebula this far gone — the shell has thinned to the point where broadband luminance returns almost nothing, and only the emission lines still carry a signal above the sky. The remaining fifteen hours in luminance and colour do a different job: they give the field its real star colours, which narrowband cannot. Martin Pugh gathered the data at El Sauce.


Version française
Cette enveloppe se déchire. Ce n'est pas l'étoile qui la défait, c'est le gaz qu'elle rencontre en s'éloignant.
 
Sh2-68 se trouve dans la partie nord du Serpent, à environ quatre degrés nord-nord-est de η Serpentis, et s'étend sur quelque huit minutes d'arc. C'est une nébuleuse planétaire proche de la fin de sa vie visible : l'enveloppe qu'une étoile semblable au Soleil a expulsée en s'effondrant en naine blanche, et qui se dilue depuis environ quarante-cinq mille ans. La plupart des nébuleuses planétaires ont une forme nette. Celle-ci n'en a plus.
 
Cette irrégularité n'est pas un ornement. En se dilatant, l'enveloppe rencontre le milieu interstellaire qui l'entoure, et la frontière entre les deux est instable — une instabilité de Rayleigh-Taylor, le même effet qui fait qu'un fluide lourd poussant dans un fluide léger se déchire en doigts et en lobes au lieu de rester plan. L'image montre cette frontière saisie en train de céder. Avec Sh2-174, cette nébuleuse est l'un des cas d'école pour étudier l'interaction entre nébuleuses planétaires et milieu interstellaire.
 
La naine blanche qui a produit l'enveloppe ne se tient pas en son centre : elle est visiblement décalée. Sa distance est estimée entre 120 et 270 parsecs, celle de la nébuleuse entre 200 et 500. Ces deux fourchettes se recouvrent à peine. Ou bien les mesures se rejoindront avec de meilleures données, ou bien l'étoile et l'enveloppe ne sont pas à la même distance — et cet objet est alors beaucoup plus étrange qu'il n'y paraît.
 
Le CDK17 travaillait à f/6,8, avec une optique adaptative devant le capteur, depuis Rio Hurtado en août 2022. Cinquante et une heures et demie ont été consacrées à ce champ, dont trente-six en bande étroite : vingt-cinq en H-alpha, onze et demie en OIII. Ce rapport est toute la réponse à une nébuleuse aussi diluée — l'enveloppe est devenue si mince que la luminance à large bande n'en ramène presque rien, et que seules les raies d'émission portent encore un signal au-dessus du fond de ciel. Les quinze heures restantes, en luminance et en couleur, font un autre travail : elles donnent au champ ses vraies couleurs stellaires, ce que la bande étroite ne sait pas faire. Martin Pugh a rassemblé les données à El Sauce.

Technical data
OpticsPlanewave CDK17 @ f/6.8
CameraSBIG STXL-11002 (AOX)
MountParamount ME
FiltersHa, OIII, L, R, G, B
PaletteHOLRGB Ha and OIII blended into RGB stars
LocationEl Sauce Observatory, Rio Hurtado, Chile
DateAugust 2022
Exposures51.5 hours L 15 × 1200 sec · R 14 × 900 sec · G 12 × 900 sec · B 14 × 900 sec · Ha 50 × 1800 sec · OIII 23 × 1800 sec
SoftwarePixinsight, CCDstack, Photoshop
CopyrightsNicolas Rolland & Martin Pugh
Finding chart The Flaming Skull Nebula — finding chart
RA18h 25m 08.3s Dec+00° 51′ 16.6″ Size26.4 × 36.9 arcmin Orientationup is 240.8° E of N ConstellationSerpens