M20 & M21 – Nébuleuse du Trèfle

M20 & l'amas M21 M20 (LRGB + Ha + OIII)

Résumé

Prise de vue :
Traitement :
Intérêt SHO :
Popularité :

L’objet

Située dans la constellation du Sagittaire, en pleine Voie Lactée et dans la direction du centre galactique, la nébuleuse Trifide (ou « du Trèfle ») est – avec sa proche voisine, la nébuleuse de la Lagune (M8) – l’une des cibles « star » du ciel d’été… et même l’une des figures « iconique » de l’astronomie !

Ces deux nébuleuses sont d’ailleurs très faciles à observer ensemble avec une simple paire de jumelles.

Plus modeste en taille que la nébuleuse de la Lagune, la nébuleuse du Trèfle est également légèrement plus éloignée, à environ 5000 années-lumière. Mais sa petite taille est totalement éclipsée par sa fascinante beauté, qu’elle dévoile aussi bien aux observateurs qu’aux photographes (avec tout de même l’avantage pour ces derniers de bénéficier de magnifiques couleurs !).

Cette nébuleuse présente des zones d’émission (en rouge), de réflexion (en bleu) et même d’absorption (bandes obscures qui donnent à la nébuleuse son aspect si particulier).

La partie centrale du Trèfle est donc constituée par une nébuleuse en « émission », c’est à dire un grand nuage de gaz, composé à 90% d’hydrogène, dont les atomes sont ionisés par le rayonnement des étoiles nouvellement créées en son sein. Véritables pouponnières d’étoiles, ces immenses nuages de gaz se condensent en de multiples endroits pour donner naissance à autant de nouvelles étoiles, dont le rayonnement illumine ensuite la nébuleuse. Les régions HII (hydrogène ionisé une fois) présentent une raie d’émission à 656 nm (raie Ha), ce qui explique leur couleur rouge caractéristique.

La nébuleuse du Trèfle vue en infrarouge par le télescope Spitzer : on constate que les zones les plus sombres en lumière visible (les bandes opaques qui dessinent les lobes du trèfle), sont en réalité les plus chaudes et les plus actives… et donc les plus lumineuses en infrarouge (Crédits : NASA/JPL).

Ce phénomène d’émission est essentiellement provoqué par le rayonnement d’un système stellaire triple au cœur de la nébuleuse du Trèfle, dont la principale composante est une étoile géante de plus de 20 masses solaires. Un amas ouvert de quelques 3000 étoiles est également situé autour de la région centrale du Trèfle ; et plusieurs centaines d’autres étoiles sont cachées par les nébuleuses obscures…

La nébuleuse du Trèfle présente, en outre, une magnifique zone de nébuleuse par réflexion, d’une couleur bleue fortement prononcée. Le mécanisme à l’œuvre ici est très différent des zones en émission : plus éloignés des étoiles au fort rayonnement, les atomes d’hydrogène du nuage de gaz ne reçoivent pas un rayonnement assez énergétique pour être ionisés : la lumière incidente est alors simplement diffusée par réflexion.

L’angle de la réflexion subie par la lumière est différente selon la taille des molécules présentes au sein du nuage et la longueur d’onde de la lumière incidente : les plus courtes longueurs d’onde sont davantage diffusées, ce qui explique la couleur bleue de ces nébuleuses (c’est d’ailleurs le même mécanisme qui explique pourquoi le ciel est bleu sur Terre).

De nombreuses nébuleuses obscures (ou par absorption) sont également présentes ; essentiellement visibles par contraste devant les nébulosités en émission. Ce sont ces bandes de poussière et de gaz compactes qui dessinent la forme caractéristique de « trèfle » dans le cœur de la nébuleuse.

Des jets de gaz témoignent de la formation d’étoiles en cours au cœur de la nébuleuse (Crédits : NASA/ESA/HST)

Ces zones sont si denses et compactes que la lumière visible ne peut la traverser… en revanche, grâce au rayonnement infrarouge (image ci-contre, réalisée par le télescope spatial Spitzer), il est possible de révéler la présence en leur sein de nombreuses étoiles nouvellement créées ainsi que de zones actives où la formation stellaire se poursuit.

Cette formation d’étoiles, cachée au sein de la nébuleuse, est également « trahie » par les effets du rayonnement et du vent stellaire intenses qui y sont générés.

L’aspect tourmenté de cette zone, parfaitement illustré par l’image ci-contre obtenue avec le télescope spatial Hubble, donne une idée des dynamiques puissantes qui sont à l’oeuvre au sein de la nébuleuse.

On observe ainsi l’émergence de grande structures allongées, de véritables « jets » de gaz générés par des proto-étoiles en cours de formation au sein de la nébuleuse opaque. On observe ce même genre de structures dans un grand nombre d’autres nébuleuses, notamment la nébuleuse de l’Aigle ou sous une forme encore plus semblable dans la nébuleuse du Pélican.

Les nébuleuses elles-mêmes masquent une grande partie des étoiles, comme le démontre ce comparatif entre lumière visible et infrarouge réalisé par l’ESO. Ces clichés en infrarouge ont notamment permis de découvrir 2 étoiles variables de type « céphéides » cachées par les nébulosités, qui permettent de déterminer plus précisément la distance de la nébuleuse.

Credit vidéo : ESO/VVV consortium/D. Minniti/Gábor Tóth

L’image présentée

Cette image a été réalisée durant l’été 2017, avec une TSA102 (équipée de son réducteur à f/6) et une caméra CCD AtikOne6 ; avec les habituels filtres L, R, G, B, ainsi qu’avec des filtres narrowband Ha et OIII.

Pour tenir compte de la faible hauteur de l’objet et de la plus forte turbulence, j’ai réduit le temps de pose unitaire par rapport à mes images habituelles : 300s en bin1 pour la luminance et le Ha, et seulement 180s en bin2 pour les images RGB. La couche OIII a bénéficié d’un statut dérogatoire avec un temps de pose de 300s mais en bin2, pour compenser un signal plus faible.

L’apport du signal acquis avec ces filtres à bande étroite est essentiel à la qualité de l’image obtenue au final. Le signal Ha, mixé pour partie avec la couche Luminance et avec la couche Rouge, permet d’une part de faire ressortir plus de faibles extensions de la nébuleuse en émission dans le fond de ciel, et d’autre part, de mieux faire ressortir la couleur de celle-ci. Le signal OIII, mixé avec la couche Bleue, permet quant à lui d’intensifier la zone de réflexion.

Cette nébuleuse étant difficile à photographier depuis mes lieux d’observation habituels, en raison de sa faible hauteur sur l’horizon, j’ai profité d’un séjour en Corse dans un site bénéficiant d’un ciel de bonne qualité, sans pollution lumineuse, et surtout disposant d’un horizon bien dégagé en direction du Sud pour réaliser ces acquisitions.

Ceci m’a permis de bénéficier d’une plus haute élévation dans le ciel de la nébuleuse lors de son passage au méridien (plus de 25°), et surtout de n’avoir à recourir à aucun filtre anti-pollution lumineuse. Pour autant, à la mi-août depuis la Corse, M20 passe déjà au méridien au moment du crépuscule astronomique ; et retombe ensuite rapidement sur l’horizon en raison de sa hauteur limitée… J’ai donc du étaler les acquisitions sur plusieurs nuits successives, à raison d’une heure de pose par nuit, afin de ne réaliser les poses qu’au moment où l’objet est au plus haut dans le ciel (et où les conditions sont donc les meilleures).

L’image est présentée ici sous deux versions, consistant en deux cadrages différents : celui d’origine incluant l’amas ouvert NGC 6531, ainsi qu’une version recadrée pour mieux se concentrer sur la nébuleuse du Trèfle et ses plus fins détails. Réaliser le traitement en drizzle 2x donne une certaine latitude pour recadrer l’image au final sans sacrifier la résolution de l’image…

Cette image de M20 est l’une de mes préférées : le temps passé au prétraitement, notamment pour sélectionner les brutes les plus fines, ainsi qu’au traitement, trouvent à mon avis une belle concrétisation dans cette version. L’attention apportée à la mise en valeur des détails des structures, à l’aspect des étoiles, et surtout à l’équilibre des couleurs et à la saturation, donnent au final un résultat que je trouve très esthétique.

Conseils de prise de vue

Si la nébuleuse du Trèfle est l’un des plus beaux objets du ciel qu’il est possible d’observer, on la voit le plus souvent photographiée en association avec sa proche et plus grande voisine, la nébuleuse de la Lagune (M8). Pour des conseils relatifs à la prise de vue de ces 2 nébuleuses ensemble, vous pouvez vous reporter à la Fiche-astro dédiée.

Mais bien sûr, la nébuleuse du Trèfle se suffit largement à elle-même ! Alors que la photographie de l’ensemble formé avec M8 suppose de recourir à une courte focale et à un capteur de grande taille (au minimum un capteur APS-C sur une focale de 600mm), un cliché exclusivement consacré à M20 permet d’utiliser une gamme d’instruments plus diversifiée, et surtout, d’augmenter la focale afin de saisir de plus fins détails.

Dans tous les cas, un point important à prendre en compte est la faible hauteur de cette nébuleuse à nos latitudes métropolitaines. Certes, M20 est légèrement plus accessible que M8 (1° de hauteur supplémentaire) mais elle ne dépasse cependant pas 25° de hauteur sur l’horizon lors de son passage au méridien depuis la Corse, et à peine 20° depuis le centre de la France… Depuis le nord de la France, il est même presque impossible de réaliser une photographie correcte de cet objet, tant sa hauteur sur l’horizon est faible ; avec en outre une absence de crépuscule astronomique aux alentours du solstice d’été, qui constitue le meilleur moment pour réaliser les acquisitions.

Si vous avez la possibilité de vous déplacer plus au Sud, c’est donc l’occasion idéale pour photographier cet objet dans de meilleures conditions. A défaut, il reste possible de le photographier depuis des latitudes moins favorables, sous réserve de disposer d’un horizon sud dégagé et non affecté par la pollution lumineuse. Si votre horizon est dégagé mais affecté par la pollution lumineuse, cela reste encore jouable, en utilisant un filtre UHC. Mais plus ces difficultés se cumulent, plus dur sera le traitement… avec en tout état de cause des limitations sur l’image finale dues à la turbulence atmosphérique et à une détectivité moindre dans le fond de ciel, néfaste à la mise en valeur des plus faibles nébulosités.

L’idéal est d’habiter (ou de voyager…) sur l’île de la Réunion, puisque sous ces latitudes tropicales, cette nébuleuse passe au zénith ! Sous ces conditions de rêve, tout devient plus simple : moins de turbulence, meilleure détectivité, plus d’heures de poses possible par nuit…

D’une taille relativement modeste (à peine le diamètre de la pleine Lune), la nébuleuse du Trèfle ne pose guère de difficultés en terme de cadrage si vous choisissez de la photographier seule. Il est tout de même recommandé de privilégier une focale qui ne soit pas trop courte, afin de révéler ses plus fins détails (600/1000mm, voire plus…).

Avec une focale intermédiaire (600/800mm), il est bien sûr recommandé d’inclure dans le champ le petit amas ouvert M21. D’une part car, bien que cet amas ne soit pas très fourni en étoiles, il demeure assez joli et il apportera un contraste intéressant avec la nébuleuse tout proche. Et surtout car – soyons réalistes – il n’y a que peu de chance que vous lui consacriez une séance d’observation exclusive avec ces deux « stars » du ciel à proximité ! 🙂

Avec une focale plus importante, il est possible de réaliser des vues plus rapprochées encore de la nébuleuse et de ses fins détails dans la région centrale et les bandes de poussières. Attention toutefois, plus vous monterez en focale, plus les effets néfastes de la turbulence se feront ressentir… Dans ce cas, un ciel transparent et stable est une condition indispensable pour réaliser une image riche en détails.

Une attention particulière aux temps de pose unitaires doit être portée sur le Trèfle, afin de veiller à ne pas saturer les étoiles les plus brillantes en son centre. Une telle saturation ne se rattrape pas au traitement, et altère la visibilité des nébulosités à proximité immédiate. N’hésitez pas à limiter, si besoin, les temps de pose unitaires de vos images pour chacun des différents filtres afin de conserver des étoiles fines au centre… d’autant plus qu’en raison de la faible hauteur de l’objet sur l’horizon et des effets de la turbulence, les étoiles auront déjà tendance à s’empatter… inutile d’en rajouter !

La zone centrale de la nébuleuse du Trèfle étant majoritairement en émission, la réalisation d’une couche Ha apporte toujours un « plus » à l’image finale. De la même manière, un APN défiltré s’avère beaucoup plus adapté que son équivalent non modifié.

Luminance Ha

Par ailleurs, la réalisation d’une couche OIII permet de renforcer la couche bleue pour les zones de nébulosités par réflexion. Ce renforcement est toutefois nettement moins important que celui apporté par la couche Ha pour le rouge… si la réalisation d’une couche Ha est donc indispensable pour cet objet, celle d’une couche OIII est totalement optionnelle. Veillez toutefois à consacrer suffisamment de temps à la réalisation de la couche Bleue.

Signalons enfin que la nébuleuse du Trèfle, contrairement à la nébuleuse de la Lagune, ne se prête pas très bien à la palette Hubble en raison de la prédominance très forte du Ha sur les autres signaux. Il en résulte souvent un résultat assez uniforme et peu contrasté ; bien en-deçà en terme esthétique de ce que la version RGB peut procurer. De fait, les rares version narrowband  que l’on peut trouver de cette nébuleuse cherchent surtout à s’approcher d’un rendu visuel similaire au RGB. Il est donc plutôt recommandé d’améliorer le signal d’une version RGB au moyen d’images Ha et éventuellement OIII que de se lancer dans une version SHO. Une version HOO constitue une alternative qui présente un certain intérêt, mais au détriment du signal dans la nébuleuse par réflexion.

Conseils de traitement

La nébuleuse du Trèfle n’est pas – prise isolément – un objet particulièrement difficile à traiter. Beaucoup moins en tout cas que lorsqu’elle est photographiée en association avec M8, car la différence de luminosité entre les deux nébuleuses peut rapidement rendre les choses plus complexes…

Tout l’objectif du traitement va consister à mettre en valeur au mieux la nébuleuse, tout en préservant le champ d’étoiles assez dense qui l’entoure. La gestion des couleurs constituera sans doute le point le plus crucial du traitement : celles-ci sont si prononcées et si splendides que l’erreur n’est pas permise ! 🙂

Compte-tenu de la hauteur de l’objet de la turbulence, il faut déjà être rigoureux lors des acquisitions puis être vigilant lors de la phase de prétraitement. Ceci est d’autant plus vrai que la focale utilisée est élevée (ou plus précisément que l’échantillonnage est faible…).

N’hésitez pas à faire une sélection des brutes de luminance qui seront utilisées pour l’empilement final, en appréciant leur FWHM grâce au process SubframeSelector. Le cas échéant, si vos brutes sont de qualité variable, n’hésitez pas à effectuer une pondération afin d’attribuer un plus grand coefficient aux meilleurs images, sans pour autant éliminer les images de qualité inférieure, afin de ne pas trop sacrifier le rapport signal sur bruit. Une solution peut être d’attribuer un coefficient qui tienne compte principalement du facteur « FWHM » de chaque image.

Vous trouverez plus d’explications et de conseils sur ce point dans mon tutoriel consacré au prétraitement, et plus particulièrement à l’étape de sélection et de pondération des images Light.

Pour ce qui concerne ensuite la phase de traitement à proprement parler, une montée d’histogramme avancée (par exemple avec la fonction MaskedStretch de Pixinsight) donnera en général de bons résultats sur cet objet, en permettant de rehausser les plus fines nébulosités.

Attention cependant, l’aspect des étoiles peut être affectée par ce process ; aussi il convient d’en régler précisément les paramètres (notamment la zone de référence de fond de ciel ainsi que le niveau du fond de ciel) et de procéder le cas échéant à plusieurs essais pour trouver un compromis satisfaisant. Si l’aspect des étoiles est trop altéré, il peut être recommandé de procéder à un traitement des nébuleuses en mode « starless » et de gérer les étoiles de manière distinctes, en effectuant pour ces dernières une montée d’histogramme classique. Cette manière de traiter est cependant beaucoup plus « lourde » et n’est recommandée qu’aux amateurs disposant déjà d’une bonne expérience de traitement. Les débutants pourront se contenter d’une montée d’histogramme classique (logarithme + montée fine) qui donnera également de bons résultats.

Compte-tenu de la bonne luminosité de cette nébuleuse, il est tout à fait recommandé de rehausser les détails dans la région centrale au moyen des fonctions LocalHistogramEqualization et/ou HDRMultiscaleTransform. Le process HDR doit toujours être appliqué avec un masque de luminance adapté et ne couvrant que les zones les plus lumineuses de l’image, en complément de l’option « Luminance Mask » proposé par le process lui-même. A défaut, des artefacts disgracieux peuvent être créés dans les zones les moins lumineuses de l’image et augmenter significativement le bruit. Si la dynamique est trop altérée, il est recommandé de mixer l’image initiale avec l’image HDR, via l’outil PixelMath et en donnant des coefficients différents aux deux images ; et si besoin de rehausser la dynamique avec une légère application de l’outil « Courbes ».

Pour en savoir plus sur la mise en œuvre de ce process, je vous invite à consulter le tutoriel dédié à HDRMT,

Image Ha (à gauche) sur laquelle a été appliquée un process HDR : attention à la perte de dynamique ! Un mixage des 2 versions peut être nécessaire pour allier dynamique et détails.

Si vous avez réalisé une couche Ha (ce qui est plus que vivement recommandé !), il est possible de l’intégrer pour partie à la couche de Luminance classique (soit au moyen de l’outil PixelMath, soit via le script  HaRVB_AIP), ou même d’utiliser cette image Ha en tant que telle comme couche de Luminance. Ce dernier cas n’est cependant recommandé dans le cas de M20, dans la mesure où le signal risque d’être fortement diminué sur la zone en réflexion. Il est donc plus adapté de réaliser un mix avec la luminance classique ; par exemple grâce à l’outil « Mixing Luminance » du script AIP_SHO, qui offre des possibilités de mixage plus avancées et simples à effectuer que l’outil PixelMath, notamment au moyen des fonction « éclaircir » et « screen » qui donnent de très bons résultats.

Le plus simple reste cependant d’utiliser le process HaRVB_AIP sous Pixinsight afin de procéder à un mélange en douceur de l’image RGB et de l’image Ha. Pour plus de détails sur cette opération, vous pouvez consulter le tutoriel dédié sur ce site.

La réalisation d’une couche OIII permet de renforcer la couche bleue pour les nébulosités par réflexion. L’ajout du signal OIII sur la couche Bleue (de même que l’ajout du signal Ha sur la couche Rouge) doit se faire dans l’idéal de manière localisée, afin de ne pas altérer la colorimétrie des étoiles (ce qui se produit invariablement avec un mixage simple des deux couches).

Une réduction d’étoile tout en retenue peut également être réalisée sur cette zone ; en veillant à préserver l’amas si celui-ci est dans le champ. Dans la mesure où cette zone est très dense et riche en petites étoiles (en pleine Voie Lactée et en direction du centre galactique…) mais que certaines étoiles plus brillantes sont également présentes dans le champ, il est opportun de réaliser une réduction spécifique pour les petites étoiles, et une autre pour les étoiles plus importantes. Cette manière de procéder permet de doser de manière spécifique la réduction apportée à chaque catégorie d’étoiles.

Enfin, en cas d’image RGB, une attention toute particulière doit être portée sur l’équilibre des couleurs et la saturation. Ce point est toujours valable, mais est plus crucial pour certains objets que pour d’autres… et, sans aucun doute, M20 fait partie de ces objets, photographiés des centaines de fois, où une erreur de colorimétrie ne se pardonne pas ! 🙂

En la matière, il n’y a pas de vérité absolue, et le résultat final dépendra autant des nombreux paramètres techniques (défiltrage de l’APN, utilisation de filtres UHC, mix du Ha avec la couche Rouge, etc.) que des goûts personnels du photographe. Les options sont, sur ces nébuleuses, très variées ; allant d’une colorimétrie classique et une saturation raisonnable à un traitement plus osé (soit au niveau des teintes qui peuvent rapidement tendre au « fluo », soit en optant pour une saturation inhabituellement élevée). Chacun est libre en la matière !

A titre personnel, la version présentée ici constitue mon « maximum acceptable » en terme de couleur et de saturation… mais certains vont beaucoup plus loin, et pour d’autres c’est déjà excessif !

A noter qu’il est possible d’obtenir des versions très différentes avec des différences de réglage très subtiles… Dans l’exemple ci-dessous, il a seulement été effectué une baisse de la saturation et du magenta de manière localisée. Les bandes de poussières retrouvent ainsi une couleur plus « classique » (tendant sur le marron plutôt que sur le magenta). Il est bien sûr possible de mixer différentes versions de manière localisée.

Pousser la saturation plus que de raison conduit à augmenter le bruit colorimétrique et donc à devoir « lisser » l’image pour réduire le bruit ainsi généré, ce qui n’est jamais une bonne chose si l’on souhaite pouvoir conserver un affichage de l’image à 100% de sa taille d’origine. En outre, augmenter la saturation n’est pas une finalité en soi : celle-ci doit se justifier un minimum au regard des caractéristiques de l’objet et servir sa mise en valeur.

Attention également à garder une cohérence d’un bout à l’autre du traitement : la gestion des couleurs et la saturation sont généralement relégués en toute fin de traitement (le plus souvent sous Photoshop avec les fonctions « Correction sélective » et « Saturation »). Mais si vous prévoyez une saturation élevée sur un objet, il faut anticiper ce point plus en amont, en particulier lors de la montée d’histogramme. En effet, plus l’objet est lumineux, plus il sera difficile de saturer la couleur : une étoile, ou une zone de nébuleuse qui est proche de la saturation présente systématiquement un aspect « blanc » et dénué de couleur prononcée. Cela se comprend facilement si l’on raisonne en termes de niveaux : si sur 256 niveaux possibles (8 bits), une zone très lumineuse se retrouve sur les 3 canaux RGB à 250/250/250, aucune couleur ne pourra alors être mise en avant… même en saturant au maximum un canal sur les trois, celui-ci ne pourra être qu’à 6 niveaux de plus que les autres ! Une saturation accentuée implique donc, notamment, une luminosité qui ne soit pas proche elle-même de la saturation.

Si je devais la refaire…

J’avoue que cette image me plait suffisamment pour ne pas me sentir obligé d’y revenir tout de suite… 😉

Toutefois – car il est toujours possible de faire mieux – j’essaierai la prochaine fois de porter une plus grande attention à la qualité des acquisitions (qualité de suivi notamment) et au contrôle des temps de pose unitaires, afin de saturer le moins possible les étoiles brillantes au cœur de la nébuleuse : en toute objectivité, celles-ci « bavent » un peu sur l’image présentée ici…

L’idéal serait de pouvoir disposer d’une longue période où l’observation serait possible, afin d’avoir le choix des nuits d’acquisition pour privilégier les plus transparentes et les plus stables en terme de turbulence… Ce qui n’était clairement pas possible pour cette image !

Et, si possible, en juillet plutôt qu’en août (comme dans le cas présent), afin de pouvoir pouvoir commencer les acquisitions avant le passage au méridien de l’objet à la nuit tombée…

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