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哈柏發現破碎星系的殘跡

臺北天文館_96
・2012/02/20 ・1012字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 549 ・八年級
編號為HLX-1的中型黑洞(mid-sized black hole) 照片來源:Flickr用戶NASA Goddard Space Flight Center
編號為HLX-1的中型黑洞(mid-sized black hole)
照片來源:Flickr用戶NASA Goddard Space Flight Center

天文學家利用哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)發現有個年輕的藍色恆星組成的星團,環繞一個編號為HLX-1的中型黑洞(mid-sized black hole)而行。這些天文學家認為:這個黑洞應該原是某個已殞歿的矮星系的核心。這項發現將有助於瞭解超大質量黑洞和星系的演化狀況。

目前已知質量為太陽數倍大的大質量恆星會經歷核心重力塌縮的過程而形成質量比較小的恆星型黑洞,但不還不清楚質量為太陽數百萬被至數十億倍的超大質量 黑洞究竟如何在星系中心形成。其中一種猜想,認為超大質量黑洞可能是恆星型黑洞或中型黑洞合併而成。哈柏的最新發現,或許可為此理論之證據。

澳洲雪梨天文研究所天文學家Sean Farrell在2009年時,利用歐洲太空總署(ESA)XMM-Newton這架X射線太空望遠鏡發現一個中型黑洞HLX-1。之所以能利用X射線發現黑洞,是因為黑洞周圍的吸積盤物質旋繞並落往黑洞的過程中,會因被加熱到極高溫狀態而發射出大量X射線。

HLX-1來自第一號高亮度X射線源(Hyper-Luminous X-ray source 1)的縮寫,質量約為20,000倍太陽質量,座落在約2億9000萬光年遠的ESO 243-49星系邊緣。Farrell等人利用哈柏太空望遠鏡,以紫外光、可見光和紅外光等不同波段來觀測HLX-1,同時另外用史威福(Swift)衛星做X射線波段的觀測。

由於HLX-1遠在2億9000萬光年外,連哈柏都無法測量黑洞周圍的個別恆星。好在,哈柏在黑洞周圍發現紅光超量(excess)的現象,無法單以 黑洞旁的吸積盤來解釋,但其亮度與顏色都與鄰近星系中的星團類似,因此Farrell等人認為這應該是HLX-1黑洞周圍還有個熾熱恆星組成的星團的證 據。

黑洞周圍存在星團,給出這顆中型黑洞來自何方、為何處於ESO 243-49星系邊緣的線索。這個中型黑洞很可能原本是某個極低質量矮星系(very low-mass dwarf galaxy)核心的黑洞,這個矮星系後來被質量比較大的ESO 243-49併吞,扯得支離破碎,僅殘留黑洞和一部份原本環繞黑洞周圍的物質。

科學家們不敢肯定處在這種階段的黑洞,未來究竟會變得如何。如果可以得知這個黑洞的運動路線,或許可以猜出一二,可惜現階段還沒有相關資料。或許這顆 黑洞會逐漸向ESO 243-49中心靠攏,最後與此處的超大質量黑洞合併;不過也可能會偏安於某個繞行超大質量黑洞公轉的穩定軌道。不論哪一種結果,它的X射線強度都會因氣 體供應匱乏而逐漸隱去。

資料來源:Hubble Finds Relic of a Shredded Galaxy[2012.02.15]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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臺北天文館_96
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臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!


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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》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》