網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

從GRB事件發現宇宙早期的星系居然含有豐富重元素

臺北天文館_96
・2011/11/07 ・1514字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

一組跨國研究小組利用歐南天文台(ESO)超大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)觀測距離非常遙遠、非常明亮的伽瑪射線爆發(gamma-ray burst,GRB)事件,結果發現居然是兩個含有豐富重元素的星系。天文學家認為位在宇宙非常年輕時期中的這兩個星系可能正處在合併過程中,造成大量新恆星誕生,或許也因此引發了伽瑪射線爆發。

GRB是宇宙中最明亮的爆發事件。最早是由在地球上空環繞的觀測衛星偵測到這些強烈而短暫的爆發事件。在其位置定出後,天文學家會立即用地面大型望遠鏡,以可見光波段和紅外波段追蹤觀測爆發後數小時到數日的餘暉變化情形。其中一個GRB,編號為GRB 090323,最初由NASA的費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gamma-ray Space Telescope)在2009年3月23日偵測到,之後天文學家迅及用史威福X射線觀測衛星(Swift)和位在智利的2.2米MPF/ESO望遠鏡的GOUND系統及VLT望遠鏡研究爆發後一天的細節。

VLT觀測資料顯示:伽瑪射線爆發的明亮光輝,已經向外通過它的宿主星系,甚至是鄰近的另一個星系。這些星系位在120億年前的年輕宇宙時期中(紅移值z=3.57),通常天文學家很少在這麼遙遠的星系中捕捉到GRB的光輝。當GRB爆發的光穿越這些星系時,星系中的低溫氣體會類似濾鏡一樣,吸收一部份特定波長的GRB光;如果沒有發生GRB,那麼這些星系將會因距離太過遙遠而暗到無法偵測。小心分析星系光譜中的各譜線特徵後,這些研究人員便可得知這些遙遠星系中到底含有什麼化學元素、含量各為多少等。

德國普朗克地外物理研究所(Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics)Sandra Savaglio表示:當他們研究這個GRB事件時,並不知道會發現什麼,但是當他們看到這兩個星系中富含重元素的低溫氣體居然這麼多時,都相當驚訝,因為畢竟這兩個星系位在宇宙非常早期、幾乎都是氫與氦等輕元素的天下,這兩個星系富含重元素的特性因而顯得相當突兀。

宇宙中氫與氦以外的其他元素,幾乎都是經由恆星演化與超新星爆炸等過程產生的,所以必須經過長時間累積,星系中的重元素才能達到一定濃度。換言之,通常含有比較多重元素的星系,都是比較「成熟」的,因此天文學家通常會利用星系中的元素豐度來當作星系演化到什麼程度的指標。但這兩個星系是位在大霹靂後20億年的年輕宇宙時期,星系中的重元素卻已經非常多,天文學家以前從未想過會碰到這樣的狀況。

Savaglio等人認為:這對年輕星系應該處在新恆星誕生非常劇烈的狀態下,所以低溫氣體才會增加得這麼多、這麼快。此外,由於這對星系距離很近,因此他們應該正在合併中,星系裡的氣體雲團互相碰撞,激發新恆星大量誕生。而這個觀測結果,也支持GRB與恆星劇烈誕生過程互有相關的想法。

在宇宙非常早期歷史中,像這樣的恆星劇烈誕生現象應該比比皆是,但如今已經鮮少見到。在120億年之後的現在,這些曾經歷劇烈恆星誕生的星系們,應該會含有為數眾多的恆星殘骸,例如黑洞或是低溫矮星等,構成非常難以偵測到的「死寂星系(dead galaxies)」,只殘留能證明它們年輕時曾有多輝煌燦爛的餘燼。

天文學家目前將持續時間2秒以上的GRB稱為「長爆發(long burst)」,2秒以下者稱為「短爆發(short burst)」。包含本次研究在內的GRB 090323的長爆發,一般認為與正在形成新恆星的星系中,大質量年輕恆星所引發的劇烈超新星爆發有關。而短爆發的發生原因不明,不過一般猜測可能與2個緻密天體(如中子星等)的合併有關。

要在現今宇宙發現這類死寂星系,可是個大挑戰。而GRB延續時間在2秒以上者就已經算比較長的了,故要在這麼短的時間內捕捉到品質很好的觀測資料,又更困難。所以囉,Savaglio等人能通過GRB 090323發現這些還處在很明亮時期的這類星系,並進而通過它們瞭解一部份宇宙演化史,連他們自己都覺得是非常幸運的事。

資料來源:VLT Observations of Gamma-ray Burst Reveal Surprising Ingredients of Early Galaxies[2011.11.02]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

文章難易度
臺北天文館_96
477 篇文章 ・ 13 位粉絲
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!


0

9
3

文字

分享

0
9
3

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

文章難易度
科技魅癮_96
1 篇文章 ・ 2 位粉絲
《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》