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VLT發現高質量雙星的比例比原先認為的還多很多

臺北天文館_96
・2012/07/31 ・1836字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

天文學家利用歐南天文台(ESO)超大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)觀測資料所做的最新研究顯示:那些最為明亮的高質量恆星(high-mass star)並不是單獨存在,幾近四分之三的這類高質量恆星擁有伴星,這個比例遠高於先前的認知。更讓這些天文學家驚訝的是,這些高質量恆星所在的雙星系統,子星之間存有強烈的交互作用,質量會由其中一顆子星轉移到另一顆子星;其中甚至有三分之一這類高質量恆星雙星系統,最終會合併成單一恆星。相關論文發表在2012年7月27日出刊的科學(Science)期刊中。

宇宙中的恆星各式各樣、不一而足。荷蘭阿姆斯特丹大學(University of Amsterdam)天文學家Hugues Sana等人利用VLT研究O型星(O-type stars),這類恆星的質量、表面溫度和所發出的亮度都比一般恆星高很多,質量約為太陽的15倍以上,亮度是太陽的百萬倍以上,表面溫度更高達攝氏30,000度以上,是恆星中的巨獸等級。然而,也由於這些特點,使得這些發出藍白色光芒的O型星,壽命極短而劇烈,對星系演化具有關鍵作用。O型星也與被戲稱為「吸血鬼恆星(vampire stars)」的極端現象有關,這種在這種雙星系統中,較小的子星會掠奪較大子星的表面物質,到一定程度後,可能引發伽瑪射線爆發(gamma-ray burst,GRB)現象。

這些天文學家研究銀河系中6個鄰近的疏散星團中的71顆O型星,其中有些是單星,有些是雙星。分析之後發現約75%的O型星位在雙星系統中。雖然他們發現這個比例比之前認為的還高,但更重要的是:這些O型星雙星系統中,兩顆子星的距離近得足以使他們彼此間有可以交換質量或甚至合併的交互作用,也就是吸血鬼恆星的比例也遠比先前所認為的還高。

O型星只佔宇宙眾多恆星的一小部分,但常發生各式劇烈現象或爆發事件,因此對其週邊環境影響甚鉅。這些恆星巨獸所發出的強烈恆星風和震波,都會觸發或阻止周圍其他恆星的形成;它們所發出的強烈輻射則會照亮周圍的星雲;而當這些恆星走道生命終點,進而發生超新星爆炸,可讓星系中的與生命息息相關的重元素含量增加;這些O型星也與GRB這個宇宙中最劇烈的爆發現象有關。換言之,O型星是驅使星系演化的重要機制之一。上圖是含有許多明亮而熾熱的O型星的3個著名恆星形成區,最左側是船底座星雲(Carina Nebula),中間為老鷹星雲(Eagle Nebula,M16),右為IC 2944。

當一顆恆星鄰近有其他恆星時,其一生受到這些鄰近恆星的影響相當大。若雙星中兩互繞的子星靠得很近,甚至有可能合併成一顆;Sana等人估計約有20~30%的O型星最終命運會是與近鄰合併成一顆更大的恆星,而O型星合併往往引發劇烈事件。即使不合併,而是比合併溫和一點的結局,它們也會互相撕扯、剝奪近鄰的表面物質;Sana等人估計這種結局佔了約有40~50%左右,嚴重影響了這些恆星的演化。

到目前為止,天文學家絕大部分認為密近大質量雙星系統在宇宙中算是罕見現象,不過這些少數就可以解釋X射線雙星、波霎雙星或黑洞雙星等奇怪的現象。但Sana等人的研究卻顯示密近大質量雙星在宇宙中雖不是非常普遍,但也不算罕見,而星系的命運、甚至是整個宇宙的命運,幾乎是掌握在這些大質量雙星或吸血鬼恆星身上,瞭解它們是非常重要的事。

以吸血鬼恆星為例,雙星中比較小、質量比較低的恆星,是藉由吸食它近鄰表面的新鮮氫氣而回春;由於它的質量穩定增加,有了外來支援之後,不僅可比它的近鄰活得更久,而且也比同質量的單星活得更久。然而,這個身為犧牲者的近鄰,雖然原本的質量比較大,但表面物質被惡鄰不斷掠奪,害它根本沒機會變成一顆非常明亮的紅超巨星(red super giant),而是將它原本的熾熱核心一點一點暴露出來,呈現偏藍的色調,像是一顆剛誕生沒多久的年輕恆星一樣。如此一來,雙星中的兩顆子星都彷彿重生過,將讓遙遠星系中的星族表現得比原本該有的年齡還年輕;如果能得知這類高質量雙星系統的正確比例,將有助於校正這些遙遠星系的特性。

天文學家唯一能取得遙遠星系訊息的方式只有它們發出的光。如果不能全盤瞭解這些光究竟是哪種星體發出的,就不能獲得星系的完整面貌,不知道整個星系總質量究竟有多大,也不知道這個星系到底年輕到什麼地步。如果一開始的假設就是錯的,那麼最後得到的星系性質結論也不可能正確到哪去。因此,天文學家們希望透過觀測與電腦模擬,雙管齊下,瞭解高質量雙星的演化,以及高質量雙星對星系演化的影響。

資料來源:VLT finds most stellar heavyweights come in interacting pairs[2012.07.26]

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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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》