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深凝細看半人馬座A星系

臺北天文館_96
・2012/06/19 ・1600字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

半人馬座A星系(Centaurus A)另編號為NGC 5128,距離地球約1200萬光年,位在南天的半人馬座方向。這個星系是由英國Parramatta天文臺的天文學家James Dunlop於1826年8月4日發現的。它是個特殊的大質量橢圓星系,星系中心有個超大質量黑洞,也是全天最著名、離地球最近的電波星系(radio galaxy)。天文學家認為:其明亮的核心、強烈的電波輻射及鮮明的噴流特徵,都是其核心高達1億倍太陽質量的超大質量黑洞的傑作。

右圖是歐南天文台(European Southern Observatory,ESO)位在智利La Silla觀測站2.2米MPG/ESO望遠鏡以廣角相機(Wide Field Imager,WFI)所拍攝的半人馬座A星系,不僅彰顯了其橢圓星系的外觀,還顯示星系比較昏暗的外圍部分呈現拉長的型態,像顆雞蛋一樣。半人馬座A星系中的恆星數量多達數千億顆,多半是表面溫度較低的老恆星。但與絕大多數橢圓星系不同之處在於:半人馬座A星系平順的外觀中,有條扭曲的暗色塵埃帶橫亙於星系中心。

這條塵埃帶聚集了大量氣體、塵埃和年輕恆星。在塵埃帶的右上和左下邊緣可見明亮的年輕恆星星團因游離氫氣而發出紅色光輝;塵埃帶有些部分的塵埃量則濃到足以遮蔽後方明亮的背景。這些特徵,加上其顯著的電波輻射,都顯示半人馬座A是兩星系合併的結果。塵埃帶是可能其中一個螺旋星系的殘餘,但在合併成橢圓星系過程中受到重力擾動而顯得扭曲。

來自WFI的這系列嶄新影像,是紅、綠、藍濾鏡,加上氫離子濾鏡和氧離子濾鏡等各自做長時間可曝光後合成的結果。其中離子濾鏡部分,可捕捉半人馬座A的可見光噴流特徵,這個在先前的其他WFI影像中是很難見到的。

  從星系向左上角延伸出兩道紅色的絲狀構造群,這些絲狀構造基本上與電波影像中的噴流平行;這兩道絲狀構造基本上都是恆星誕生區,含有許多熾熱的年輕恆星。在塵埃帶左側上方、較靠星系內側的絲狀構造,距離星系核心30,000光年;而在靠近影像左上角、較外側的絲狀構造,距離星系核心則約65,000光年。另外,可能還有一道非常暗的噴流向影像右下角延伸。不過,天文學家尚不清楚這兩道絲狀結構的來源,目前較可能的原因可能是核心單獨發出的輻射游離此處物質的結果,或是氣體團塊彼此間互相衝擊的結果。

天文學家已利用各種波段、廣泛地研究過半人馬座A星系,其中特別的是電波波段和X射線波段的觀測,為研究星系中心超大質量黑洞的強烈外放能量與黑洞周遭環境交互作用最有利的兩個波段,而天文學家目前也正開始利用位在智利阿塔卡馬沙漠的全球最大電波陣列—ALMA來研究半人馬座A星系,如左圖。此外,天文學家也嘗試利用地面望遠鏡搜尋並研究類似半人馬座A這樣本地星系群以外的星系中的變星;截至目前為止,天文學家已在半人馬座A星系中發現超過200顆新的變星。

若要避開塵埃帶的遮蔽、直擊星系核心部分的內部狀況,天文學家必須使用波長較長的光來觀察半人馬座A。左圖為ALMA利用波長1.3毫米來觀察一氧化碳所發出的輻射。其中各種不同的顏色,是不同氣體雲因分佈與運動所引起的都卜勒效應造成的,綠色代表氣體雲運動方向朝向地球,橘色則代表氣體雲朝向遠離地球的方向運動。塵埃帶左右兩側顏色不同,呈現出半人馬座A這個星系的自轉狀況,或者說是這個星系中的氣體雲繞星系中心公轉的運動狀況。

影像底圖其實是另一座新技術望遠鏡(New Technology Telescope,NTT)的近紅外波段影像。影像中可見一圈以金色顯示的恆星和星團散佈,如塵埃帶一樣,是合併成這個巨型橢圓星系之前的螺旋星系的殘餘物質,在合併過程中受到重力拉扯而扭曲。NTT觀測到的這圈恆星,和ALMA觀察到的氣體雲,其實看到的是半人馬座A的同一結構特徵。

ALMA預定將於2013年全部竣工,屆時可有66座高精度天線同時運轉。ALMA目前僅完成設置約一半天線,但已完成的部分已經展現驚人的觀測能力。

資料來源:

  1. A Deeper Look at Centaurus A[2012.05.16]
  2. ALMA Turns its Eyes to Centaurus A [2012.05.31]

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_96
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