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哈伯確認:星系是終極回收者

only-perception
・2012/02/03 ・1347字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 583 ・九年級

NASA 哈伯太空望遠鏡所完成的新觀測擴展天文學家對於星系回收方式的理解,其中,星系持續不斷回收大量氫氣與重元素。此過程讓星系能建立橫跨數十億年的恆星連續世代(successive generations,譯註:指不同世代的星族/Population,愈年輕,金屬含量愈多)。

這種持續進行的回收使某些星系的「燃料槽」不虞匱乏,且使其恆星形成期延長超過十億年。

此結論是基於一系列哈伯太空望遠鏡觀測,那展現(flexed)其宇宙起源頻譜儀(Cosmic Origins Spectrograph,COS)的特殊能力來偵測我們銀河系以及超過 40 個其他星系的星系暈(halo)之中的氣體。來自夏威夷、亞歷桑納以及智利大型地面望遠鏡的資料,亦藉由測量這些星系的特性,促成這項研究。

天文學家認為,星系的顏色與形狀大部分受流經星系暈的氣體所控制,而向外擴展的星系暈則圍繞著星系。這三項研究從不同的面向調查這種氣體回收現象。

這些結果分別寫成三份論文,發表在 11/18 當期的 Science 期刊中。三項研究的領導者是 Nicolas Lehner(印第安納州 South Bend 的聖母大學);Jason Tumlinson(馬里蘭州 Baltimore 的 Space Telescope Science Institute);以及 Todd Tripp(Amherst,麻州大學)。

遙遠恆星的 COS 觀測證明,大量的雲氣(clouds)落入我們銀河系巨大的銀暈中,為其持續進行的恆星形成加油。這些熱氫雲氣位於二萬光年的銀河圓盤(disk)內,且包含足以製造 1 億顆太陽的材料。這種氣體中有某些是回收材料,那因恆星形成、新星與超新星的爆炸能量(那將富含各種化學成份的氣體踢回銀暈中)而持續獲得補充。

COS 觀測亦呈現圍繞在活躍的恆星形成星系四周的熱氣暈。這些星系暈(富含重元素),自其星系圓盤的可見部份延伸到 45 萬光年之外。遠在星系之外所發現的重元素質量總量令人驚訝。COS 在某星系的星系暈中測得 1 千萬顆太陽質量的氧,那相當於 10 億顆太陽質量的(各種)氣體 — 跟星系圓盤裡眾恆星之間的所有空間中的(氣體)一樣多。

研究者亦發現這種氣體幾乎不存在於那些已停止形成恆星的星系中。在這些星系中,這種「回收」過程點燃一場迅速的恆星誕生大爆發,那能耗盡剩餘的燃料,從根本上關閉未來的恆星誕生活動。

這證明,氣體被推出星系之外而非從星際空間拉入,決定了一個星系的命運。哈伯觀測證明這些星系以非常快的速率形成恆星,也許是每年一百個太陽質量,能以每小時 2 百萬英里以上的速度,將 2 百萬度的氣體驅逐到非常遠的星系間空間。這快到足以讓氣體永遠脫離且不再為母星系加油。

雖然來自星系的熱氣體「風」已為人所知有一段時間了,但這項新 COS 觀測卻揭露,熱外流物所延伸的距離比先前所以為的還要更遙遠,而且能將極大量的物質帶離星系。某些熱氣體會移動的更加緩慢,最後可能被回收。這些觀測證明「富含氣體恆星形成的螺旋狀星系」如何能演化成不再有恆星形成的橢圓星系。

這種熱電漿所發出的光不為人眼所見,所以當來自背景似星體(quasars)的某些色光被氣體吸收後,研究者才得以用 COS 偵測出這些氣體的存在。似星體為宇宙中最明亮的天體,而且是活躍星系的明亮核心,那包含活躍的中央黑洞。似星體身為遠方的燈塔,光線穿透富含氣體、圍繞星系的熱電漿「迷霧」。在紫外線波長下,COS 對於重元素(例如氮、氧、氖)的存在很敏感。COS 的高敏感度使得許多位於距離更遙遠的似星體之前的星系能被研究。這些離子化的重元素是估計一星系的星系暈中有多少質量的標記。

資料來源:PHYSORG:Hubble confirms: galaxies are ultimate [November 17, 2011]

轉載自only-perception

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only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》