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異常富鋰的紅巨星原是摧毀系外行星的兇手

臺北天文館_96
・2012/09/26 ・873字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

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美國賓州大學天文與天文物理教授Alexander Wolszczan等人首度捕捉到逐漸演變成紅巨星(red giant)的年老恆星,因體積膨脹而摧毀其行星的證據。根據估計,我們的太陽大約在50億年之後也會逐漸步上紅巨星之途,因此這些天文學家現在所見,說不定就是太陽系未來的命運。Wolszczan同時也是發現第一個系外行星的天文學家。

這顆紅巨星編號為BD+48 740,半徑約為太陽的11倍,位在英仙座方向。Wolszczan等人是在利用Hobby-Eberly望遠鏡研究這顆老年恆星周圍塵埃盤光譜,企圖從中搜尋有否行星時,偵測到恆星光譜中含有一些特別的化學組成,此外還發現另有一顆大質量行星以異常橢圓的軌道環繞這顆紅巨星,這些證據顯示可能有顆行星正被膨脹中的紅巨星逐漸摧毀。

光譜分析顯示BD+48 740的鋰元素含量異常地高;鋰元素是約137億年前大霹靂遺留的原始元素之一,但與氫及氦相較之下,原始鋰所佔比例非常稀少,而且極易在恆星演化過程中被摧毀而不得見。因此,Wolszczan等人在BD+48 740這樣已經經過長時間演化的年老恆星中發現豐度頗高的鋰是非常稀有的事。Wolszczan等人認為,這些鋰應該來自一顆不小的行星,當它繞著BD+48 740公轉並逐漸靠近這顆恆星的過程中,被恆星摧毀,行星的殘片持續落入恆星,從而造成恆星表面大氣中所含的鋰元素豐度異常。

而認為有行星正被BD+48 740摧毀的第二項證據,是他們發現另有一顆質量約為木星1.6倍的大質量行星,繞BD+48 740公轉的軌道非常橢圓,離心率e(橢圓率)高達0.67 +/- 0.17,離母恆星最近的近星點距離約1.89AU(相當於比火星軌道大一點),遠星點則離得多,繞母恆星一周約771天左右。在已經演化許久的老恆星周圍很少有軌道離心率這麼高的行星;事實上,這顆在BD+48 740周圍發現的行星,其軌道離心率是迄今已知的系外行星中最大的,太陽系的行星與矮行星中,離心率最大的是鬩神星,不過也只有0.442而已。

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如此特殊的軌道可能是行星之間的重力交互作用造成的,Wolszczan等人推測:在BD+48 740變成紅巨星之前,那顆正被吞噬的行星和這顆倖存的行星之間的交互作用致使倖存行星獲得大量動能,讓它的軌道離心率變得極大,像是回力棒一樣。

資料來源:First evidence discovered of a planet’s destruction by its star. PSU [August 20, 2012]

轉載自 網路天文館

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臺北天文館_96
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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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【成語科學】動如參商:參宿和商宿是哪兩顆星星?帶你認識古代中國的星座系統!
張之傑_96
・2023/09/08 ・1103字 ・閱讀時間約 2 分鐘

西元 759 年,大詩人杜甫經過老友衛八的家鄉,屈指數來,兩人已 20 年沒見過面。當年衛八還沒結婚,如今已子女成行。杜甫在衛八家過了一夜,翌日匆匆告別,寫下膾炙人口的〈贈衛八處士〉,頭兩句「人生不相見,動如參與商。」就是成語「動如參商」的出典。

唐代習慣以家族的排行稱呼人;處士,對隱士的尊稱。參(ㄕㄣ),指參宿;商,即商星,是心宿的主星。參、心二宿都是二十八宿之一,參宿位於西方時,心宿位於東方,不會同時在天上出現。

參宿位於西方時,心宿位於東方,不會同時在天上出現。圖/高魯《星象統箋》

動如參商,比喻見面不易。我們先談到這裡,造兩個句吧。

畢業後同學們動如參商,再也無法朝夕相處。

您遠渡重洋後咱們動如參商,已難得見上一面。

造完句,接下去要說明什麼是星宿了。無論哪個民族,都會將天上的星星分成組,每組之間作些連線,然後比附成英雄人物、動物、器物等等。這種分組,有利於天文觀測。

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星座,是西方所發展出的天文觀測體系,總共有 88 個,最為人們熟知的是黃道十二宮。太陽在天球上的軌道稱為黃道,黃道上有 12 個星座,在您生日那段時間,太陽在天球上所對應的星座,就是您的生日座。

中國古代將一組星星稱為一個星宿(又稱星官),魏晉時統合成 283 個,含有星星 1464 顆。在這 283 個星宿中,最為人熟知的是二十八宿,也就是月亮運行軌道(白道)所經過的星宿。

二十八宿是:角亢氐房心尾箕,斗牛女虛危室壁;奎婁胃昴畢觜參,井鬼柳星張翼軫。

二十八星宿。圖/wikimedia

在二十八宿中,角亢氐房心尾箕是東方七宿,奎婁胃昴畢觜參是西方七宿。商星是心宿的星星,和西方七宿的參宿是不會同時出現天際的。

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中國的星宿,每一星宿的星星數目不等,以心宿和參宿來說,心宿有 3 顆(第二顆就是商星),參宿則有 7 顆。星宿的星星以數字編號,有時另有專名。以心宿的商星來說,編號是「心宿二」,商星是它的專名。

心宿二(即天蝎座 α 星)是顆紅巨星,會發出火紅色的亮光,所以還有一個專名——大火。我們的祖先早就觀察到,每到夏末秋初,大火星就會落向夜空的西邊,表示天氣將逐漸轉涼了。

心宿二又被稱為大火。圖/wikimedia
張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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來自137 億年前的訊息!透過重力波,一窺「宇宙誕生」的真相──《大人的宇宙學教室:透過微中子與重力波解密宇宙起源》
台灣東販
・2022/08/09 ・4055字 ・閱讀時間約 8 分鐘

重力波不只能提供星體的資訊!

說到重力波,一般人可能會想到黑洞、中子星、超新星這三個引發話題的星體。不過,只有在這些星體事件發生的「瞬間」,才會產生重力波,就像宇宙中的一場秀一樣。而當重力波通過後,就無法再偵測到這些資訊。

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圖/GIPHY

譬如,LIGO 在 2015 年 9 月捕捉到的就是「來自 13 億光年外星體的重力波」。不過,和宇宙年齡相比,這其實是相對較年輕的星體事件。

我們有沒有辦法捕捉到很久很久以前,宇宙剛誕生時產生的重力波,也就是暴脹時期產生的重力波呢?

為什麼宇宙正在急速膨脹?

138 億年前,宇宙在超高溫、超高壓下,以「火球」的樣貌誕生,這就是所謂的「大霹靂」。在這之後,隨著宇宙的急速膨脹,溫度與密度逐漸下降,然後演變現在的樣貌。

這就是大霹靂宇宙論,也是目前多數學者支持的標準宇宙論。

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那麼,為什麼會產生「火球宇宙」這個超高溫、超高壓的世界呢?為什麼宇宙不是一直保持原樣(不是保持相同大小),而是會急速膨脹呢?目前有一個較被接受的說法,那就是前面提過許多次的「暴脹理論

在這個理論中,宇宙初期並沒有任何物質或光,而是一個充滿能量的真空。透過這些真空能量,宇宙用比光速還快的速度,呈指數函數膨脹。

而在暴脹時期結束後,這些真空能量轉變成了光(火球),於是產生了超高溫、超高壓的宇宙,這就是所謂的大霹靂。

目前科學界的研究和觀測結果大多支持大霹靂學說。圖/NASA

不過,如果空間中存在許多能量的話,應該會存在像重力這樣使空間收縮的力才對。為什麼空間會以超越光速的速度迅速膨脹,進入暴脹時期呢?

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學者們用「暴脹子場」這種量子場中的真空能量,說明暴脹時期。

暴脹子場是個未證實存在的純量場。就目前而言,它的存在仍處於假說階段。

目前已知的純量場,譬如 2012 年時,由瑞士日內瓦的歐洲核子研究組織 CERN 在 LHC 實驗中發現並發表,由希格斯玻色子產生的希格斯場。研究者們也因此而獲得 2013 年諾貝爾物理學獎,各位應該還記憶猶新。

137億歲的宇宙,至今仍然不斷膨脹

暴脹子場與希格斯場在質量與粒子的結合力上,都有著很大的差異。暴脹子場的真空中,會產生長時間的負壓。而這個負壓會造成宇宙加速膨脹。

這點與目前的暗能量機制十分類似。有人猜想暗能量可能是未發現的純量場。與暴脹時期相同,目前的宇宙中可能存在著未知純量場的真空能量,就像暗能量般,佔了全宇宙能量的 70%。

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宇宙中佔了 30% 能量之物質,與佔了 0.1% 的光會產生引力,但比不過真空能量所產生的斥力,所以目前宇宙正在加速膨脹。

宇宙仍在不斷的擴大。圖/NASA

順帶一提,即使物質與光的能量佔宇宙的 100%,宇宙也只是減速膨脹而已,並不會收縮回去。因為膨脹初期的速度過快,所以宇宙只會持續膨脹下去。

宇宙誕生的第一步——「原始重力波」

暴脹時期結束後,空間能量會迅速轉變成物質能量,使宇宙轉變成超高溫、超高壓、充滿輻射的狀態。這就是大霹靂「火球」。暴脹理論說明了幾點。

首先是前面提到的「膨脹速度超越光速的宇宙」

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這造成了我們現在看到的(宇宙視界內的)宇宙溫度擁有各向同性,在 10 萬分之 1 的精度下,為絕對溫度 2.723K(約 3K 的宇宙微波背景輻射(CMB))。

在大霹靂學說中,宇宙微波背景輻射是宇宙誕生時所遺留下來的熱輻射。圖/ESA

第二,這個急速膨脹,使宇宙的形狀在幾何學上變得相當平坦,就像膨脹的氣球一樣。

再者,暴脹子場的量子擾動,是宇宙初期物質擾動的來源,也就是3K宇宙微波背景輻射所觀測到的溫度擾動。暴脹子場也含有量子的擾動。這些小小的擾動在短時間內暴脹過程中,急速膨脹,延伸至宇宙視界的彼端,造成現今宇宙中不同區域的密度差異,這也是形成星系的種子

CMB 觀測到的「溫度擾動」,正是暴脹時期產生之暴脹子場的量子擾動。

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另外,在重力波方面,暴脹時期不僅會產生前述密度(溫度)的擾動,也會產生「時空擾動」。急速膨脹的過程中,真空會一直變化,成對產生重力子,這與黑洞周圍產生霍金幅射的機制類似。

學者們認為這種重力波現今仍存在,稱其為「原始重力波」。因為整個宇宙都存在這種重力波,所以也叫做背景重力波。若能檢出這種背景重力波,不只能成為暴脹理論的證據,也會是宇宙起源相關研究的一大步。

原始重力波就像是背景雜訊一樣,在宇宙四處飄蕩

黑洞雙星的合併會產生重力波,不過當重力波通過地球,被 LIGO 觀測到時,該事件便已結束。不只是黑洞,中子星雙星的合併、超新星爆發也一樣。

不過,暴脹時期產生的重力波並非如此。當時整個宇宙充滿了重力波。不過這種重力波就像白噪音般的存在,很難分析這種波的狀態,所以也叫做背景重力波。若依波的種類來分,可以將其算在駐波。如何找到這種駐波,是我們現在的課題。

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重力波可以分成兩種,來自近期星體活動的重力波,以及來自宇宙誕生的背景重力波。圖/台灣東販

與光波不同,重力波的偏振方式可以分成十字形(+)與交叉形(×)2 種,如下圖所示。十字形的偏振會往縱向與橫向伸縮、交叉形偏振則會往斜向伸縮,如其名所示。這兩種波疊合後,會變成圖中右方的樣子,往外傳播。

隨著時間的經過,來自黑洞的重力波會持續前進;但暴脹時期產生的重力波為「背景重力波」,是一種駐波,就像噪音一樣充滿在整個宇宙中。如果能發現這種波,就能證明暴脹理論。

重力波由十字形、交叉型兩種偏振方式所組成。圖/台灣東販

宇宙之窗:暴脹子場是什麼?

暴脹時期產生的「暴脹子場」究竟是什麼樣的東西呢?

重複一次,暴脹子場被認為是某種未知、很重的純量場,其質量上限在 1013GeV 以下。目前這個低能量宇宙中,已經不存在暴脹子場。即使透過粒子對撞,產生目前可達到的最高能量(數 10TeV,相當於數 10 京度的溫度),也沒辦法產生這種場。

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每種基本粒子都有著伴隨其出現的「量子場」。

譬如希格斯場會伴隨著希格斯玻色子出現。就希格斯場這種純量場而言,其存在機率最高的期望值稱做場值(真空值),是希格斯玻色子的位置。而場值周圍存在所謂的量子擾動。這種量子擾動只有在微觀尺度下有意義。

在我們生活的巨觀尺度下,幾乎察覺不到任何量子擾動,所以我們平常的生活並不會意識到它們。

我們周圍有許多電路會用到二極體。在微觀尺度下看這些電路,會看到粒子般的電子周圍有量子擾動,這種量子擾動對二極體來說相當重要。

在這種量子擾動下,電流只能沿著電路中可跳躍量子擾動的方向流動,二極體才有如此特別的性質,可見量子論也是現代科技中的重要理論。

所以說,考慮初期宇宙中暴脹子場的量子擾動,可以知道當宇宙還很小時,暴脹並非在宇宙中的各個地方同時間發生。宇宙中各個地方開始暴脹與結束暴脹的時間都不一樣。

量子擾動除了會造成時間擾動,在某些條件下,我們也可以在巨觀視界下感受到密度和溫度的擾動。圖/台灣東販

量子擾動會造成時間擾動,不過在暴脹這種急速膨脹後,會轉變成超越視界的古典擾動,所以我們會在巨觀視界下觀察到,各個地方都有著不同的密度。這就是所謂的「密度擾動」或「溫度擾動」。

總而言之,最初產生量子擾動後,隨著空間的急速膨脹而迅速延伸,轉變成了空間性的密度擾動。

備註

  • 暴脹理論與大霹靂的名稱

1981 年,佐藤勝彥在大統一模型的框架下,提出真空相變會造成宇宙呈指數函數膨脹的理論。同年,古斯也發表了同樣的想法。自宇宙誕生的瞬間起(依大統一理論,約為 10−38 秒後~10−36 秒後)宇宙會以超越光速的速度,呈指數函數膨脹,然後轉變成大霹靂的「火球」宇宙。

1980 年時,為修正愛因斯坦的重力觀點,學者們提出了以指數函數膨脹中的宇宙。

而在 20 世紀初,多數學者認為「宇宙永遠不會改變」(宇宙穩態論),沒有開始,沒有結束,大小也永遠不會改變。不過宇宙穩態論的擁護者霍伊爾(Fred Hoyle)曾在某個廣播節目中說「宇宙的開始?那是大霹靂的觀點(the ‘big bang’ idea)」,於是「大霹靂」這個名稱就定了下來。

當時連愛因斯坦都相信宇宙穩態論,否定膨脹宇宙。不過在觀測結果陸續出爐後,哈伯(Edwin Hubble)、勒梅特(Georges Lemaître)等人成功說服了愛因斯坦接受宇宙正在膨脹。

——本文摘自《大人的宇宙學教室:透過微中子與重力波解密宇宙起源》,2022 年 6 月,台灣東販,未經同意請勿轉載。

台灣東販
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台灣東販股份有限公司是在台灣第1家獲許投資的國外出版公司。 本公司翻譯各類日本書籍,並且發行。 近年來致力於雜誌、流行文化作品與本土原創作品的出版開發,積極拓展商品的類別,期朝全面化,多元化,專業化之目標邁進。