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NGC 4178的意外:「袖珍型」超大質量黑洞

臺北天文館_96
・2012/11/05 ・1149字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

天文學家利用錢卓X射線觀測衛星(Chandra)、史匹哲紅外太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)和甚大電波陣列(Very Large Array,VLA)等觀測後發現:星系NGC 4178核心的超大質量黑洞,是迄今已知同類天體中質量最低者之一。由於NGC 4178是天文學家並未預期到會擁有超大質量黑洞的星系型態,因此在這個星系中發現質量偏低的袖珍型超大質量黑洞,顯示它和其他星系中的超大質量黑洞可能來源不同。

NGC 4178是個螺旋星系,距離地球約5500萬光年,位在室女座方向。上圖是史隆數位巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)所拍攝的影像,白框中插入的則是探測到的X射線源;其中一個X射線源就在星系核心超大質量黑洞所在處。但綜合紅外與電波觀測資料予以分析後,發現這個超大質量黑洞的質量非常低,幾乎是理論上超大質量黑洞預期的質量下限。

由這個X射線源的X射線亮度和光譜(不同波長的X射線量),以及它的紅外亮度,這些天文學家認為:NGC 4178核心的黑洞正快速地拖拉吞噬週邊物質,且當這些物質落入黑洞的過程中所產生的光,都被環繞在黑洞周圍的氣體和塵埃吸收掉了。

天文學家一般可從黑洞所發出的X射線和電波輻射的量來估算黑洞質量,由此獲得的NGC 4178核心黑洞質量約為200,000倍太陽質量;這個估算值與這些天文學家用其他方法間接估算的數值相符。不過,這樣的質量等級,低於典型超大質量黑洞的數百萬到數十億倍太陽質量的規模。

NGC 4178雖然是螺旋星系,但天文學家先前之所以原本不認為NGC 4178擁有超大質量黑洞,是因為這個星系並不具有明亮的中心密集(central concentration),也就是一般所稱的星系核球(bulge)。除了NGC 4178之外,另外還有4個沒有核球的星系,現在也認為它們可能含有超大質量黑洞,其中2個星系的超大質量黑洞的質量與NGC 4178接近。利用XMM-Newton觀測衛星進一步觀測錢卓在NGC 4561星系核心發現的X射線源,估計它的質量大於20,000倍,不過,若是這個黑洞拉扯吞噬周邊物質的速度比較慢,那麼它的X射線輻射量不如預期的多,則黑洞質量應該會再高一些。而NGC 4395星系核心的黑洞質量,估計約為360,000倍太陽質量。

天文學家先前已經發現:由大量星系的觀察結果,證明星系核心超大質量黑洞的質量,與星系核球總質量密切相關。經理論模型模擬結果,顯示這個現象牽涉到星系合併,並預測沒有核球的星系應該就不可能擁有超大質量黑洞。而NGC 4178和其他4個星系的最新研究結果卻與這個理論預測不符,顯見若非是理論需要修正,那麼便是NGC 4178等星系的超大質量黑洞的來源,和典型超大質量黑洞不同。

在NGC 4178的錢卓X射線影像中,另外還有3個X射線源;如果這些X射線源的確是NGC 4178星系裡的天體,那麼它們可能是含有約數十倍太陽質量的恆星型黑洞或中子星的雙星系統;3者中最亮的X射線源(嵌入圖的右下角)則可能是個中型黑洞,質量約為6,000倍太陽質量。

資料來源:NGC 4178: Revealing a Mini-Supermassive Black Hole. NASA

轉載自 網路天文館


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控制進食時間與熱量,小鼠可以更長命?

台灣科技媒體中心_96
・2022/05/22 ・2156字 ・閱讀時間約 4 分鐘

目前越來越多動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

圖/envato elements

控制吃飯時間,可以延長壽命?

美國德克薩斯大學西南醫學中心的小彼得.奧唐納腦研究所 (Peter O’donnell Jr. Brain Institute) 研究團隊,今(2022)年 5 月 5 日在國際期刊《科學》(Science)公開研究論文,使用小鼠為實驗對象,研究進食熱量與進食時間,與小鼠壽命之間的關係。

團隊先讓小鼠自由的取食飼料 6 週後,再分成 5 個不同組別,分別是:

  1. 只能在日間每隔 90 分鐘進食、
  2. 只能在晚間每隔 90 分鐘進食、
  3. 只能在日間開始兩小時內進食、
  4. 只能在晚間開始兩小時內進食、
  5. 全天內每隔 160 分鐘允許進食。

這 5 組小鼠被限制攝取的熱量相同,實驗過後,再和完全自由取食且沒有限制熱量攝取的小鼠比較。

研究結果顯示,與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長,其中第 2.4 組(只能在晚間每隔 90 分鐘進食,以及只能在晚間開始兩小時內進食)延長壽命的效果最好,平均可延長 35% 壽命;而只能在日間進食的兩組小鼠,平均可延長20%壽命。

與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長。示意圖/envato elements

研究也觀察到其它有趣結論:

  • 隨著年齡增長,五組小鼠的體重,都比自由進食的小鼠更輕,且在非主要活動的時間(白天)進食的小鼠,白天的活動變多了。
  • 在完全自由取食的小鼠肝臟中,原本與老化相關的基因表現隨年齡增長而改變,有些基因表現降低,有些增加,且基因表現的晝夜節律性也隨老化而降低。但在只能晚間進食的兩組小鼠身上,這些因老化而造成的改變較少。

作者根據研究結果指出,僅僅限制熱量攝取而不在特定時間禁食,可以延長小鼠的壽命,禁食可以對延長壽命效果有加分的作用,而不是主要造成效果的原因。

研究凸顯了「晝夜節律」的重要性

國立陽明交通大學生化暨分子生物研究所教授 許翺麟 表示,目前越來越多,動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

特定時段禁食,有可能比限制總熱量更能延緩老化。圖/envato elements

過去研究飲食中,熱量限制對老化與壽命的影響時,常常無法分辨原因到底是因為「總卡路里攝取較少」還是「固定且有規律的長時間禁食」。最近幾年,科學家開始針對此一問題進行更深入的研究。

去年一項使用小鼠的研究顯示,限制飲食的熱量可延緩老化的效果,可能大部分來自於長時間且有規律的禁食[1]。此外,另一項在果蠅的研究中也指出,不但是要有規律的禁食,何時禁食也同樣重要。最有效延緩老化的方式,要與動物本身的生理時鐘配合,在本來就比較少進食的時候進行禁食[2]

  • 編註:小鼠是夜行性動物,上述文字中的「日間」指的是白天光線照射,對小鼠而言是休息和睡眠的時段,「晚間」沒有光照,才是小鼠活動和主要進食的時段。

這次的研究中更進一步證實,單純只是限制總熱量攝取,只能提供很少的延長壽命效果,反而熱量限制並配合生理時鐘進行間歇性禁食的效果最好。小鼠是夜行性動物,日間禁食對延長壽命的效果,遠比夜間禁食的效果更加顯著,至於每日禁食 12 小時或 22 小時則差異不大。此外本研究也顯示,調控生理時鐘的基因在調控老化上的重要性。

配合生理時鐘進食很重要。圖/envato elements

人類比照辦理也會有用嗎?

許翺麟教授 說明,本研究最大的限制來自於其僅用單一品系、單一性別的小鼠來進行研究。從過去其他研究已知,飲食限制對不同品系與不同性別的動物,效果不盡相同。因此本研究雖然頗具參考價值,但是能否推論到其他品系的小鼠,甚至其他物種與人類,仍有待未來更多研究來支持。

雖說人類遠比實驗動物複雜,會影響老化的因素也不僅止於飲食,然而維持平衡且有規律的飲食習慣,加上適當的限制進食時間,也許是一種相對可行,且有效促進健康老化的方式。也期待未來更多相關研究,能協助我們進一步釐清這些結果在人類中是否相同。

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