M97 & M108

Version TSA-102 Version CDK12.5

 

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Résumé

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L’objet

Découverts à quelques jours d’intervalle en février 1781 par Pierre Méchain, ces deux objets de nature différente constituent un duo de choix dans le ciel du printemps et proposent à l’observateur ou au photographe une véritable « perspective » cosmique. En effet, la nébuleuse planétaire M97 est située à « seulement » 2400 années-lumière, tandis que la galaxie M108 est 14 000 fois plus éloignée, à 32 millions d’années-lumière !

Situés dans la constellation de la Grande Ourse et séparés par à peine la dimension d’une pleine lune (un peu plus de 30′), l’astronome amateur peut ainsi profiter dans le même champ de deux beaux objets suffisamment populaires pour avoir chacun reçu un surnom évocateur de leur physionomie : la « planche de surf » pour M108, et « les yeux de hibou » pour M97.

La galaxie M108, vue de profil et légèrement incliné, présente ainsi une forme oblongue caractéristique. Son inclinaison (75°) est suffisante pour identifier sa structure spirale, y compris sur les clichés réalisés par des amateurs. La présence d’une barre centrale est toutefois bien plus difficile à mettre en évidence, mais c’est bien au sein de cette catégorie que cette galaxie est classée par les astronomes.

Bien que sa distance exacte soit sujette à débats (entre 32 et 42 millions AL), la valeur basse est le plus souvent retenue car elle constitue la moyenne de plus d’une vingtaine de mesures indépendantes.

En retenant cette distance, on peut estimer les dimensions de cette galaxie à environ 84 000 AL de diamètre, soit légèrement inférieure à notre Voie Lactée.

Bien que M108 soit une galaxie relativement proche de notre groupe local, force est de constater qu’elle ne constitue pas une cible très prisée par les très grands observatoires professionnels… en imagerie classique du moins ! Ainsi, il existe très peu de photographies très détaillées de cette galaxie, malgré l’intérêt que pourrait présenter son aspect assez « désordonné ».

L’image ci-contre, réalisée par le télescope spatial Hubble (et déjà assez ancienne…) est ainsi l’une des seules images très détaillée existante (dans les longueurs d’onde du visible) et permet – en association avec des observations complémentaires dans l’infrarouge – de confirmer la présence d’une barre centrale ; tout en offrant une vision très fine des bandes de poussières parcourant les bras spiraux, caractéristiques des galaxies de ce type observées par la tranche.

Observée dans d’autres longueurs d’onde, cette galaxie se révèle nettement moins calme qu’elle peut le sembler dans le visible : un article de 2003 parle même de « violentes » interactions au sein de son halo galactique.

Les observations réalisées avec le satellite Chandra ont ainsi révélé la présence de plus d’une trentaine de sources importantes de rayonnement X au sein du disque de M108, dont l’une correspond vraisemblablement au trou noir central.

Ce dernier présenterait une particularité : il s’agirait d’un trou noir de masse intermédiaire (IMBH) – sorte de « chainon manquant » entre les trous noirs stellaires (jusqu’à quelques dizaines de masses solaires) et les trous noirs supermassifs (de l’ordre de plusieurs millions de masses solaires). Ces trous noirs, d’une masse « intermédiaire » comprise entre une centaine et quelques milliers de masses solaires, constituent des objets d’étude encore assez mystérieux pour les astronomes qui peinent à évaluer précisément leur distribution et à expliquer leur mode de formation : trop massifs pour résulter de l’effondrement d’une seule étoile – même très massive – mais pas assez pour expliquer leur formation au centre des galaxies…

Pour certains astronomes, de tels trous noirs intermédiaires se trouveraient majoritairement au sein des amas globulaires (nombreux en périphérie des galaxies) par accrétion successive d’étoiles et de matière. Pour d’autres, ces trous noirs intermédiaires seraient en réalité les trous noirs primordiaux formés lors du Big Bang. Dans tous les cas, leur présence au centre des galaxies demeurerait exceptionnelle ; le cas de M108 tenant presque de l’anomalie.

La nébuleuse M97, pour sa part, doit son nom au premier dessin qui en a été réalisé en 1848 par Lord Ross, à l’aide de son télescope de 183 cm de diamètre (le plus important de l’époque, surnommé le « Léviathan« ).

On notera sur ce dessin la présence d’une étoile dans chacune des zones plus sombres de la nébuleuses (qui apparaissent plus claires sur le dessin) ; l’une de ces étoiles n’apparaissant plus sur les images modernes… D’autres observateurs semblent avoir également vu cette seconde étoile antérieurement à 1850, après quoi celle-ci n’est plus mentionnée.

Une incertitude demeure donc quant à la réalité de cette étoile : s’agit-il d’une erreur d’observation ou d’un phénomène encore inexpliqué ?

En l’absence de la moindre littérature sur cette question, on ne peut que se risquer à évoquer que cette disparition subite (si tant est qu’elle soit réelle), pourrait être expliquée en partie par le passage de l’étoile derrière des nuages de gaz et de poussières suffisamment opaques.

Toutefois, cette hypothèse n’est pas confirmée par les observations en infrarouge, qui ne révèlent pas d’étoile aussi lumineuse qui serait « cachée » en arrière-plan. On doit donc se résoudre à penser que cette observation était sans doute erronée, ou influencée par l’effet de paréidolie de la nébuleuse elle-même ! Il se pourrait qu’il ne s’agisse en réalité que de l’étoile centrale localisée de manière incorrecte.

L’âge de cette nébuleuse est en revanche mieux connu, puisqu’il est estimé d’après sa vitesse d’expansion à environ 8000 ans.

Sa structure est plus complexe que ce que les images amateur laissent souvent voir, avec une enveloppe principale de forme sphérique plus dense en périphérie mais globalement assez homogène et plutôt floue. En réalité, il est possible d’observer plusieurs structures d’échelles différentes et notamment trois coquilles concentriques probablement formées par les éjections successives de l’étoile centrale en fin de vie.

A noter que les images récentes mettent clairement en évidence l’existence d’une enveloppe externe bien visible en OIII (visible sur l’image présentée ici).

Parmi les spécificités de M97, c’est en particulier l’aspect des deux zones moins denses dans la région centrale qui pose question.

Les astronomes ayant cherché à modéliser cette nébuleuse en sont arrivés à la conclusion que sa structure se présente comme un « tore cylindrique multicoque » vu sous un angle oblique :  les zones sombres (les « yeux du hibou ») étant en réalité les extrémités du cylindre.

Il s’agirait donc d’un angle de vue à mi-chemin entre la « vue de dessus » (comme pour les nébuleuses planétaires Hélix ou M57) et la « vue de profil » (comme M27).

 

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L’image présentée

Image n°1 (M97/M108)

L’image réunissant M97 et M108 a été réalisée avec une lunette Takahashi TSA-102 (avec réducteur à f/6) et la caméra AtikOne 6.0, depuis la Charente-Maritime en avril 2021 (sous un ciel correct sans être exceptionnel).

Malgré la taille limitée du capteur, on voit que les 2 objets peuvent être imagés dans le même champ avec une focale de 600mm sans donner l’impression de rentrer « au chausse-pied »… Naturellement, avec un capteur plus grand (type APS-C), il sera encore possible d’augmenter la focale pour gagner en détails sur la galaxie.

L’image a été réalisée au moyen de filtres LRGB complétés par des poses en Ha et en OIII, pour la nébuleuse (le Ha étant utile également pour rehausser les zones HII dans les bras de la galaxie) ; et cumule 19h de pose dont 6h de luminance et 5h de OIII. Les autres couches (RGB et Ha) ont été limitées à 2h chacune ; en raison d’un manque de temps lié à la météo.

Malgré ce temps de pose relativement « limité » sur la couche OIII, j’ai eu la bonne surprise de constater que l’enveloppe externe était déjà bien visible sur l’image brute sortie d’empilement et pouvait donc être mise en valeur ensuite lors du traitement. C’est un point de satisfaction car celle-ci est peu souvent visible sur les images de cette nébuleuse.

A noter que pour la couche OIII, les acquisitions ont été réalisées pour partie en bin1 (pour optimiser la résolution au sein de la nébuleuse) et en bin2 (afin d’optimiser le signal plus ténu sur l’enveloppe externe).

Les détails sur la galaxie sont satisfaisants pour la focale utilisée, mais mériteraient évidemment un peu plus.

Image n°2 (M97)

La seconde image, proposant une vue plus rapprochée sur M97, a été réalisée avec un superbe setup de la team HAO à l’observatoire d’Oukaimeden au Maroc (2650m d’altitude), constitué d’un CDK 12.5″ et d’une caméra ASI 294 MM-Pro.

Un grand merci à mon ami Aziz Kaeouach qui m’a très aimablement permis d’utiliser l’instrument pendant une nuit !

Malgré la présence de la pleine Lune, 3h de pose ont été réalisées en Ha (50x 180s sans autoguidage) et ont été mixées avec mon image précédente décrite ci-dessus réalisé avec la TSA102 en LRGB/HO, afin de récupérer la couleur.

Ce genre de mixage ne remplace évidemment pas une image intégralement réalisée avec un instrument plus puissant, mais l’apport de la couche Ha obtenue avec le CDK 12.5″ permet déjà de gagner beaucoup en résolution par rapport à l’image précédente !

 

 

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Conseils de prise de vue

Situés à proximité de l’étoile Merak de la Grande Ourse (β UMa), M108 et M97 montent haut dans le ciel au cours des nuits du printemps : c’est donc le moment idéal pour les photographier en optimisant la transparence et la stabilité du ciel à l’approche du zénith.

M108 peut être imagée à peu près n’importe quand… toujours avec les mêmes réserves concernant l’approche de la pleine Lune, mais à défaut de halo ténu qui pourrait être mis en évidence, cela n’est pas forcément rédhibitoire. Pour M97, en revanche, le ciel le plus sombre possible est évidemment recommandé pour ne pas noyer le signal le plus faible (l’enveloppe externe) dans un fond de ciel trop lumineux. De manière générale, on recommande souvent d’éviter les acquisitions avec un filtre OIII (même très restrictif) lorsque la Lune est présente dans le ciel entre le premier et le dernier quartier. Ces moments peuvent en revanche être consacrés aux poses Ha, qui seront beaucoup moins (voir quasiment pas) affectées par la présence de notre lampadaire préféré !

Niveau cadrage, les contraintes de champ ne sont à anticiper que si vous souhaitez intégrer les deux objets sur la même image (et sans réaliser de mosaïque…) : avec un capteur au format APS-C, il convient de ne pas dépasser 1000mm de focale, afin de conserver une marge acceptable pour une disposition « aérée » des objets.

Vous pouvez jouer avec la diagonale pour optimiser leur placement, en évitant si possible de les placer trop près des bords. A noter qu’il n’y a pas d’autre objet réellement intéressant à proximité qui mériterait d’être intégré en complément dans le champ ; ce qui simplifie les choses !

Si vous souhaitez en revanche ne photographier qu’un seul de ces objets, le cadrage ne pose plus aucune difficulté compte-tenu de leur taille apparente limitée. Vous pouvez alors augmenter considérablement la focale pour optimiser les détails : à la fois dans les bras spiraux et les bandes de poussières bien visibles de M108, et dans la partie centrale de la nébuleuse pour M97.

Pour les temps de pose, les deux objets ne présentent pas les mêmes contraintes.

La galaxie M108 (comme beaucoup de galaxies de ce type) peut être correctement photographiée avec un temps de pose limité, voire en privilégiant des poses unitaires plus courtes pour limiter les effets du seeing et espérer améliorer les détails au final. Quelques heures de poses en LRGB suffiront, avec l’ajout éventuel d’une couche Ha pour booster les quelques belles zones HII visibles dans les bras spiraux.

La nébuleuse M97 exige en revanche un temps de pose plus conséquent, en particulier si vous souhaitez mettre en évidence la faible enveloppe externe beaucoup plus ténue qui ne se révèlera qu’en OIII. La réalisation d’une couche Ha pour un traitement narrowband en HOO est le minimum. Mais pour obtenir un rendu plus doux et naturel, il est bien sûr recommandé de réaliser également des acquisitions en RGB (qui seront utiles également pour retrouver le couleur exacte des étoiles dans le cas d’un traitement plus orienté HOO).

Selon la luminosité de votre instrument et la sensibilité de votre capteur, vous pouvez réaliser les acquisitions dans la raie OIII en résolution native ou en binning (si cela est pertinent avec votre capteur bien sûr, le binning ne présentant pas le même intérêt dans le cas des CMOS que pour les CCD…).

Des acquisitions en bin2 permettront d’obtenir un signal bien plus important dans le même temps de pose, au détriment des détails (qui restent cependant assez limités sur la couche OIII sur cette nébuleuse à courte focale…).

Vous pouvez également combiner (comme pour l’image présentée ici), des acquisitions en bin1 et en bin2 pour gagner en signal sans sacrifier les détails de manière excessive.

Si vous visez la haute résolution avec une longue focale, le recours au binning est bien sûr exclu.

A noter que pour la nébuleuse M97, la réalisation d’une couche Luminance n’est absolument pas indispensable : il est parfaitement possible d’utiliser les couches RGB pour recréer une luminance synthétique et utiliser par ailleurs les couches Ha et OIII.

Si vous réalisez une image réunissant ces deux objets, la couche de luminance sera en revanche indispensable (pour la galaxie mais aussi pour obtenir un fond de ciel harmonisé sur l’ensemble de l’image). Dans ce cas, le plus simple est de réaliser des acquisitions en L-RGB, Ha et OIII.

Petit conseil pratique : lors de leur passage à proximité du méridien, ces objets passent quasiment au zénith dans le ciel sous nos latitudes. Dans ces conditions, le pare-buée devient inefficace. Il est donc nécessaire d’utiliser une résistance chauffante sur les optiques fermées (lunettes, Schmidt-Cassegrain…) et de surveiller régulièrement les éventuels dépôts de buée. Attention également à l’éventuelle butée du tube contre le trépied lors du passage au méridien…

 

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Conseils de traitement

M108 et M97 ne sont pas des objets très compliqués à traiter, même s’ils présentent chacun des spécificités propres à leur nature.

Si vous disposez du plugin BXT, celui-ci sera très utile pour améliorer l’aspect et la taille des étoiles, ainsi que les détails dans la galaxie M108.

Pour M108, en l’absence de halo ténu, on évitera les montées d’histogrammes trop compliquées et on cherchera plutôt à obtenir le meilleur niveau de détails dans les bras spiraux grâce aux techniques habituelles (HDRMT notamment).

Pour M97, compte-tenu de son enveloppe externe plus faible, on gagnera au contraire à soigner la montée d’histogramme pour remonter suffisamment cette enveloppe sans saturer les régions centrales ou les quelques étoiles présentes (par exemple avec MaskedStretch ou GHS, mais dans ce cas en mode « starless » obligatoirement…).

Cette relative simplicité de traitement est surtout vrai si vous photographiez ces deux objets de manière séparée ; mais leur réunion dans le même champ posera peut-être des soucis aux plus débutants qui pourront se demander comment concilier les conseils antagonistes ci-dessus (une montée d’histogramme simple pour M108 et une montée d’histogramme plus complexe pour M97).

Si les deux objets sont présents dans le champ, il convient en effet de faire un choix préalable lors du traitement :

• soit traiter l’ensemble du champ et des objets de manière homogène (même montée d’histogramme, calibration des couleurs…), le cas échéant en procédant à des traitements localisés (rehaussement des détails, gestion du bruit…),
• soit traiter chacun des objets séparément, pour les recombiner au final sur la même image (le cas le plus simple à envisager étant de traiter l’ensemble du champ et la galaxie, puis d’ajouter ensuite la nébuleuse).

Je vous recommande évidemment la première méthode, qui donnera dans la plupart des cas les meilleurs résultats finaux en terme d’aspect naturel de l’image. Dans le second cas, il faudra de toutes manière réaliser un traitement global et harmonisé de l’ensemble du champ afin d’obtenir un fond de ciel uniforme ; et l’apposition a posteriori d’une couche dédiée à la nébuleuse risque fort de conduire à des résultats artificiels (en particulier si vous faites ressortir l’enveloppe externe !).

Naturellement, rien n’interdit avec la première méthode d’apporter des traitements spécifiques à chacun des objets (en réalisant des masques de protection) : par exemple l’ajout de la couche Ha (ou un mix Ha/OIII) sur la couche de Luminance pour rehausser la seule nébuleuse M97, de même que le mixage des couches R/Ha et B/OIII sur l’image de chrominance.

Dans cette optique, le plus simple est de réaliser un premier traitement simple de l’image en L-RGB, satisfaisant sur l’ensemble du champ (la taille et l’aspect des étoiles est un bon point de repère) puis d’appliquer les ajouts spécifiques à la nébuleuse sur les couches L et/ou RGB pertinentes.

Les techniques de mixage localisé avec PixelMath, expliquées en détail sur le tutoriel dédié, sont celles qui donneront les meilleurs résultats. Vous pouvez également consulter le tutoriel vidéo relatif au mixage des couches L et Ha (qui fonctionnera de la même manière pour un éventuel mixage L/OIII), ainsi que le tutoriel vidéo dédié au mixage RGB-Ha.

Rien n’interdit bien sûr de réaliser des images intermédiaires consistant en des mixages de différentes couches : il est par exemple tout à fait possible de réaliser une montée d’histogramme spécifique et complexe pour M97, afin d’utiliser cette image pour rehausser spécifiquement la nébuleuse sur l’image de base obtenue avec une montée d’histogramme plus simple. Attention cependant dans ce cas à utiliser des masques progressifs et adaptés, afin que ces mixages soient imperceptibles et ne s’accompagnent pas de zones de « raccord » visibles.

A noter que de très nombreuses petites galaxies sont visibles dans cette zone en arrière-plan, ce qui justifie de prêter une attention toute particulière au traitement du fond de ciel (niveau, bruit…).

Les étoiles n’étant pas spécialement nombreuses ni trop grosses, le recours au traitement « starless » ne se justifie pas réellement. Cependant, rien ne vous interdit d’y recourir si cela rend le mixage des différentes couches plus aisé (attention dans ce cas aux confusions possibles entre petites étoiles et petites galaxies dans le fond de ciel). Dans ce dernier cas, une attention particulière doit être apportée lors de la phase de réintroduction des étoiles, souvent périlleuse si la montée d’histogramme pour ces dernières a été réalisée de manière distincte de celle des objets…

Pour la calibration des couleurs, le plus simple est d’utiliser le process sPCC (voir le tuto dédié au besoin) sur l’image RGB, avant tout mixage avec les couches Ha et OIII. Votre image RGB doit donc être la plus satisfaisante possible avant ces mixages, car la calibration ne sera plus possible une fois le signal Ha ou OIII ajouté…

Sur M97, la calibration des couleurs initiale sera donc altérée par l’ajout des couches Ha et/ou OIII : cela n’est pas spécialement un souci, mais veillez bien à conserver des teintes équilibrées lors des mixages. La nébuleuse présente une teinte verte/bleue avec une périphérie d’un rouge bien marqué : si vous conservez ces nuances au final, tout va bien ! Si en revanche la nébuleuse devient intégralement verte, bleue ou rouge, c’est que le mixage n’est pas correct. Dans ce cas, reprenez immédiatement ce dernier en modifiant les % de chaque filtre… Si vous poursuivez le traitement avec une calibration mauvaise, cela risque d’être irrécupérable à un stade ultérieur.

Comparatif de l’image RGB+OIII et de l’image RGB+OIII+Ha

Les autres aspects du traitement ne posent pas de réelle difficulté spécifique pour ces deux objets et ne méritent donc pas d’être abordés ici. Je vous renvoie aux différents tutoriels du site ainsi qu’à ma série complète de vidéos sur le traitement en cas de difficulté sur un point précis.

 

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Si je devais la refaire…

Sur chacun de ces objets, ce serait avec plus de focale, en particulier sur M108.

Pour M97, la version réalisée avec des poses complémentaires grâce au télescope de 12.5″ à l’observatoire d’Oukaimeden a déjà permis de gagner en définition ; mais l’idéal serait bien sûr de réaliser la totalité des poses sur chacun des filtres avec le même instrument, afin de gagner en résolution.

 

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