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孤獨的超級巨星

臺北天文館_96
・2011/05/27 ・1317字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 557 ・八年級

天文學家在鄰近星系中發現一顆異常明亮、但又非常孤獨的恆星,比我們太陽還亮300萬倍。在此之前所發現類似的超級巨星,大都是位在星團中,但這顆像明亮燈塔般的超級巨星卻是單星,這是這項發現最獨特之處。目前關於這顆星的起源不明,天文學家不清楚它究竟是單獨生成的,還是被星團踢出來的?不過無論是前述哪一個答案,都對現行的恆星形成理論是項挑戰。

北愛爾蘭阿麥天文台(Armagh Observatory)Joachim Bestenlehner、Jorick Vink等天文學家,利用位在智利的超大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)研究位在大麥哲倫星系(Large Magellanic Cloud,LMC)中的恆星VFTS 682。LMC是銀河系最大的衛星星系,位在南天,距離僅約16萬光年。藉由分析VLT上的FLAMES光譜儀所測得的星光,這些天文學家發現這顆恆星的質量高達太陽的150倍左右。像這樣的恆星卻是單獨存在而非位在任何星團中心區內,讓這些天文學家非常驚訝。

VFTS 682位在知名的LMC蜘蛛星雲(Tarantula Nebula)附近,最先是經由一個專門搜尋最明亮恆星的VFTS巡天計畫(VLT-FLAMES Tarantula Survey)發現。雖然是單星,不過它其實還是身處在一個恆星形成區內,而且是本星系群Local Group of galaxies)中最活躍的恆星形成區,周圍盡是大量氣體、灰塵與年輕恆星。

第一眼瞥見VFTS 682時,雖然會覺得它很熱、很年輕、很亮外,並不覺得它很突出。但經過VLT的仔細觀測後,Bestenlehner等人才發現這顆恆星所發出的能量絕大部分都在抵達地球之前,被沿途的塵埃雲氣給吸收或散射掉了。因此,如果將這些被吸收和散射的光也考慮進去的話,那麼這顆恆星的亮度比先前亮很多,足以名列最亮的恆星之一。

由於以紅光或紅外波段觀測,可以穿透塵埃的遮蔽,直接觀測到這顆恆星所發出的紅光和紅外光,但波長較短的藍光或綠光卻會被散射掉,因此這顆恆星看來偏紅,若少了塵埃的散射,那麼這顆恆星像獵戶座的參宿七一樣,呈現明亮的藍白色。除了非常明亮之外,VFTS 682也很熱,表面溫度高達攝氏50,000度,遠高於太陽的攝氏5,500度!由於它的質量實在是非常高,這種恆星的壽命必定不長,而且最終不僅會以超新星爆炸結束生命,甚至會變成更劇烈且持續長時間的伽瑪射線爆發(gamma-ray burst,GRB)這種宇宙中最亮的爆發型態。

研究成員們認為:看來在成員眾多的星團中形成最大和最亮的恆星相當容易,而雖然這些恆星不無單獨形成的可能,不過還是很難想像這麼亮這麼大的恆星會單獨形成。雖然VFTS 682現在看來是單星狀態,但其實距離成員眾多的RMC 136星團(簡稱為R 136)並不遠,如果VFTS 682的距離和R 136相同,則它距離R136星團中心僅約90光年而已。而R 136又以含有數顆類似VFTS 682這樣的超級巨星聞名於天文界,且VFTS 682的某些性質與R 136星團中心處最亮的超級巨星之一幾乎相同,因此這些天文學家懷疑VFTS 682會不會是在R 136星團中誕生,之後卻被拋出星團外?這類「落跑恆星」並不少見,但大都比VFTS 682小很多;所以如果VFTS 682真的也是「落跑恆星」,那麼質量這麼大的恆星究竟是如何從星團中因重力交互作用被拋出?這可是個很有趣的研究主題。

資料來源:http://www.eso.org/public/news/eso1117/, 2011.05.25, KLC  / 本文引用自臺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》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》