Univerzum-szimuláció
A Virgo nevet viselő nemzetközi asztrofizikus csoport a Világegyetem történetének azt a szakaszát modellezte, amelyben a galaxisok és a kvazárok kialakultak. Az 1994-ben szuperszámítógépes kozmológiai szimulációkra létrehozott Virgo konzorciumban brit, német, kanadai, japán és amerikai (USA) kutatók dolgoznak, elsősorban brit és német kutatóintézetek szuperszámítógépein. Millennium Szimulációnak keresztelt legújabb modelljükben a Világegyetemet egy kétmilliárd fényév oldalélű kockával helyettesítették, s több mint tízmilliárd részecskét, anyagdarabot helyeztek el ebben a térfogatban. Ekkora részecskeszámmal még sohasem végeztek számításokat. Az égboltot feltérképező mérések szerint a kiválasztott térfogatban a valóságban kb. húszmillió galaxis található, a galaxisok közepében szupernehéz fekete lyukak ülnek.
A modell a kozmológia legfrissebb eredményeire épült. Az egyre gyorsuló tágulást előidéző sötét energia arányát 70 %-nak vették, kb. 25 % az egyelőre ismeretlen sötét anyag, a fennmaradó 5 % a jól ismert atomos anyag, főként hidrogén és hélium. Korábban még nem végeztek a sötét energia létezését figyelembe vevő modellszámításokat.
A Millennium Szimuláció az Ősrobbanás után négyszázezer évvel fennállt állapotokból indul ki. Az anyag és sugárzások akkor még csaknem egyenletesen oszlottak el, csak kis eltérések, finom fodrozódások jelentkeztek. A modellszámítások szerint a korai kor emléke nemcsak a mikrohullámú sugárzásban őrződött meg, hanem a galaxisok mai eloszlásában is kimutatható.
Az új számításokkal sikerült a fekete lyukak kialakulását nyomon követni. Az égboltot feltérképező Sloan Digital Sky Survey program adatbázisában szereplő legfiatalabb kvazár az ősrobbanás után mindössze 850 millió évvel formálódott ki, fényessége a Napénak tízbilliószorosa. A belsejében lévő fekete lyuk tömegét egymilliárd naptömegnyire teszik. Sok szakember vélte úgy, hogy a galaxisok fokozatos kialakulásával párhuzamosan, ugyanazon mechanizmussal nem jöhettek létre ilyen szupernehéz fekete lyukak. A Millennium modellszámításokban viszont mindkét formáció kialakult. A fekete lyukakat tartalmazó galaxisok a számításokban akkor jelennek meg, amikor az Univerzum még mindössze néhány százmillió éves.
A földi és műholdas megfigyelések jóvoltából egyre több, pontosabb és részletesebb információval rendelkezünk a Világegyetem szerkezetéről. Az új elméleti modell minden korábbinál részletesebb képet ad a Világegyetem szerkezetéről, ezért jól össze lehet vetni a megfigyelések eredményeivel.
Gnedin, Nickolay Y.: Digitizing the Universe. Nature. 2 June 2005, 435, 572-573.
Springer, Volker et al.: Simulations of the Formation, Evolution and Clustering of Galaxies and Quasars. Nature. 435, 2 June 2005, 629-636.
J. L.
Megkezdődött a Titán felderítése
Sorra jelennek meg a Cassini-Huygens-űrmisszió mérési eredményeit feldolgozó tudományos közlemények. (Lásd legutóbb: A Cassini a Szaturnusznál. Kitekintés 2005/6) A Science hasábjain hét közleményben írták le, hogy mit derítettek ki eddig a Cassini-űrszonda műszerei a Titánról, a Szaturnusz legnagyobb holdjáról. A Huygens-szonda leereszkedett a Titán felszínére január 14-én, de a közlemények még nem erről, hanem a Titán első két megközelítéséről szólnak. (A Cassini a következő négy évben még 42-szer közelíti meg a Titánt, és közelről veszi szemügyre az Enceladus, Phoebe, Hyperion, Dione, Rea és Iapetus holdakat.) A friss mérési adatokat a Voyager-1 és 2 1980-81-ben rögzített adataival vetették egybe.
A Titán a Naprendszerben egyedülálló tulajdonsággal bír. Sűrű nitrogénatmoszférája van, a légkör olyan hideg, hogy a metán cseppfolyós, metánesők esnek. A légköri kémiai folyamatokban szénhidrogénvegyületek, nitrilmolekulák keletkeznek. A légnyomás a felszínen a földi tizenötszöröse, a felszínhez közel a hőmérséklet 100 kelvin. Korábban feltételezték, hogy a Titánt globális szénhidrogénóceán boríthatja, ez nem igazolódott be. Az első megközelítésnél a Cassini radarja a felszín 1 %-át térképezte fel, ez a rész bonyult, kráterekben szegény tartománynak bizonyult. A légkör fő összetevője a nitrogén, továbbá néhány százaléknyi metán és nyomokban szénhidrogének és nitrilek. Ilyen lehetett az atmoszféra a Föld korai korszakában, mielőtt a mikrobák oxigént juttattak volna a légkörbe. A Szaturnusz gyorsan forgó magnetoszférájából nagyenergiájú részecskék jutnak a Titán légkörébe, és energiát szolgáltatnak az ottani kémiai folyamatokhoz. A nyomokban előforduló különböző szénhidrogének és nitrilek mennyiségét a Voyager-adatokkal összevetve évszakos változásokra figyeltek fel a vegyületek mennyiségében. Az atmoszféra dinamikája és a légköri kémiai változások következtében fellépő évszakos változásokhoz hasonló változások lépnek fel a Földön az Antarktisz feletti ózonlyukban. Jobban megérthetővé válik majd ez a mechanizmus, ha a Földön kívül még egy helyen nyomon követhetjük a változásokat. A Titán légkörének alapos felderítése alapján választani lehet majd a bolygó kialakulására ma létező eltérő modellek között, ehhez az argonizotópok arányát kell pontosan kimérni. A nitrogénizotóp aránya arról ad felvilágosítást, milyen ütemben veszít a hold a légköréből. A Szaturnusz holdjairól, gyűrűiről, a bolygó plazmakörnyezetéről gyűlő adatok segítenek majd annak a modellezésében, hogyan születnek bolygórendszerek fiatal csillagok körül.
A Nature-ben a Titán felszínének 150 × 150 kilométeres részletét elemezték egy látható és infravörös hullámhosszon dolgozó térképező spektrométer adatai alapján. A felbontás pár kilométeres részletek megkülönböztetését tette lehetővé. A felszínen valószínűleg nincs vízjég. Néhány száz méteres dombokat figyeltek meg, a lejtők dőlésszöge kb. 10 fok. Találtak egy 30 kilométer átmérőjű fényes, kör alakú tartományt, ezt egy jégvulkán kupolájának gondolják. A jégvulkán nem vízjeget, hanem valószínűleg nitrogénjeget hozott a felszínre. Újabb, jobb felbontású felvételekre lesz szükség, csak akkor lehet kizárni egy becsapódási kráter lehetőségét.
Mahafy, Paul R.: Intensive Titan Exploration Begins. Science. 13 May 2005, 308. 969-970. és a közlemények a 970-995. oldalakon,
Prockter, Louise: Shades of Titan. Nature. 9 June 2005. 435, 749-750.
J. L.
Színes méterrúd molekulákhoz
A biológiai molekulák nanométer méretekben zajló mozgásának nyomon követésére különböző fluoreszcens festékekkel jelölik meg a molekulákat, a megvilágítás után kilépett fluoreszcens fény színe attól függ, milyen távol vannak egymástól a festékjelölések (FRET technika). A módszer hátránya, hogy csak 10 nanométernél közelebb levő festékmolekulák esetén működik, és a megvilágítás után egy perccel már megszűnik a fluoreszcens fény. A Kaliforniai Egyetem (Berkeley) munkatársainak új eljárása mindkét problémára megoldást kínál. A mérhető távolság 70 nanométerre nőtt meg, és nincs időbeli korlát a változások nyomon követésében. 40 nanométer átmérőjű aranyrészecskéket használnak hosszméréshez. Az egymáshoz közeli nanorészecskék hatással vannak egymás elektronjainak mozgására. Az elektronállapotok megváltozása (plazmon rezonancia) miatt megváltozik a nanorészecskékről szórt fény hullámhossza. A kísérletben az egymástól viszonylag távol levő arany nanoszemcsék legerősebben zöld fényt sugároztak, 540 nanométer körüli hullámhosszal. Az egymáshoz közelebb vitt aranyszemcsék fénye a vörös felé tolódott el, a hullámhosszváltozás mintegy 20 nanométer volt. A zöldből vörösbe tartó szín folyamatosan változott a távolság változtatására, tehát működik a színes molekuláris méterrúd. A módszerrel ezután DNS szálak összekapcsolódását és szétválását követték nyomon. Ki tudták mutatni, hogy a két DNS szál összekapcsolódásakor a szálak merevebbé váltak: a szórt fény hullámhossza néhány nanométerrel a spektrum kék vége felé tolódott el, vagyis a jelző arany nanorészecskék 2 nanométerrel eltávolodtak egymástól.
Service, Robert F.: Color-Changing Nanoparticles Offer a Golden Ruler for Molecules. Science. 20 May 2005. 308, 1039.
J. L.
Új fejlemények korábbi hírekről
Megegyezés született az ITER nemzetközi termonukleáris reaktor felépítéséről; a helyszín Cadarche, Franciaország (legutóbb: Az ITER és a világpolitika, Kitekintés. 2004/11). Az építés idejét tíz évre, költségét 4,6 milliárd euróra tervezik, az építés ötvenezer embernek ad munkát. A költségek 40 %-át az EU, 10 %-át Franciaország állja, a többit az USA, Oroszország, Japán, Kína és Dél-Korea. Az ITER üzemeltetését 20 évre tervezik.
Valószínűleg mégsincs öt kvarkot tartalmazó, pentakvark részecske. (Legutóbb: Pentakvark, magyar részvétellel, Kitekintés. 2004/3) 2003 végére több mint tíz kísérleti csoport számolt be pentakvark észleléséről. A későbbi, más módszerrel és jobb statisztikával végzett mérések negatív eredményt hoztak. Egy nagyobb kísérleti adathalmaz feldolgozásának eredménye az év végére várható. (Close, Frank: Vanishing Pentaquarks. Nature. 19 May 2005. 435, 287.)
J. L.
Madárinfluenza a vadmadarakban
Északkelet-Kínában vadmadarak ezrei fertőződtek meg olyan madárinfluenza-vírussal, amely genetikailag közeli rokona a Távol-Keleten hónapok óta pusztító H5N1 törzsnek. A kínai kutatók, Guan Yi vezetésével megkongatták a vészharangot: a vadludak, sirályok akár 1000-1500 kilométert is megtehetnek naponta, elhurcolva a kórokozót a világ olyan területeire is (Ausztrália, Európa), amelyek egyelőre mentesek a madárinfluenzától. Ez jelentősen növeli annak esélyét, hogy kialakuljon egy vírusváltozat, amely emberről emberre is terjed. Ekkor a spanyolnáthához hasonló világjárvány alakulhat ki, s emberek százezreinek halálát okozhatja, hisz hónapok telhetnek el, míg megszületik az új vírusváltozat elleni hatékony vakcina.
Eddig Vietnamban, Thaiföldön és Kambodzsában összesen 154 ember fertőződött meg madárinfluenza-vírussal, és 54-en haltak bele a betegségbe. E fertőzések mindegyike házityúkoktól, háziludaktól származik, ezért a hírek, amelyek szerint a H5N1 egyik változata már a vadludak között is terjed, erősítik a feltételezést, hogy a madárinfluenza globális fenyegetést jelenthet. A kutatók szerint a vadludak fertőzöttségének terjedése miatt már a Délkelet-Ázsián kívül élő farmereknek is jobban kell figyelniük a betegség jeleire. A madárinfluenzát szinte lehetetlen megfékezni, ha egyszer fölüti a fejét egy farm baromfiállományában - figyelmeztetnek.
Highly Pathogenic H5N1 Influenza Virus Infection in Migratory Birds. Science, 8 July 2005. 309. 5732. Published Online 6 July 2005. 10.1126/science.1115273
G. J.
A heroin Alzheimer-kórt okozhat?
Korai Alzheimer-kórra emlékeztető elváltozásokat találtak herointúladagolásban elhunyt fiatalok agyában brit kutatók. A mintákat olyanok agyi metszeteivel hasonlították össze, akik váratlanul haltak meg, és biztosan nem voltak drogfogyasztók. Megállapították, hogy a drogosok egyes, tanulással, memóriával, érzelmi élettel kapcsolatos agyterületein megkezdődött az agy pusztulása annak ellenére, hogy átlagos életkoruk nem érte el a 40 évet. A kutatást vezető Jeanne E. Bell szerint az elváltozások nem olyan súlyosak, hogy memória- vagy gondolkodási nehézségeket okozhattak, de felvetik a lehetőséget, hogy a heroin gyorsítja az agy öregedését. Ezt nemcsak az észlelt anatómiai eltérések támasztják alá, hanem biokémiai vizsgálatok is. A heroinisták agyában ugyanis jelentősen emelkedett mennyiségben fordult elő két olyan fehérje, amely hozzájárul az Alzheimer-kórra jellemző lerakódások, plakkok kialakulásához. Természetesen ezen vizsgálatok alapján nem lehet megállapítani, hogy a heroin hosszú távon valóban szellemi és érzelmi leépülést, demenciát okoz-e, illetve hogy a drogfogyasztás abbahagyása után visszafordulnak-e a pusztulásos folyamatok.
MedlinePlus. 24 June 2005.
Neuropathology and Applied Neurobiology Online. 21 June 2005.
G. J.
Még az egypetéjű ikrek sem egyformák
Spanyol kutatók egypetéjű ikrek genetikai sajátságain keresztül vizsgálták, hogy a környezet hogyan befolyásolja az örökítőanyag működését. Az egypetéjű ikrek jó alanyok erre, hiszen genetikailag majdnem teljesen megegyeznek, mégis számos öröklődő sajátságban - például bizonyos betegségre való fogékonyság - eltérhetnek egymástól.
Mario F. Fraga, a Spanyol Nemzeti Rákintézet munkatársaival 160 egypetéjű ikerpár génjeinek aktivitását vizsgálta, az ikrek kora 3 és 74 év közé esett. Megállapították, hogy minél idősebb az ikerpár, génjeik működésének mintázata annál inkább eltér egymástól. Az eltérés mértékét növeli az is, hogy mennyi időt töltöttek távol egymástól, és milyen egészségügyi problémáik voltak. A vizsgálat bizonyítja, hogy a környezet és az életmód (táplálkozás, dohányzás, rendszeres testmozgás vagy mozgásszegény életmód) befolyásolják azokat a biokémiai mechanizmusokat, ún. epigenetikus tényezőket, amelyek szerepet játszanak abban, hogy egy bizonyos gén működik-e vagy sem. Az egypetéjű ikrek azért nem egyformák, mert az epigenetikus tényezők megváltoztatják génjeik működési mintázatát.
Identical Twins Exhibit Differences in Gene Expression. Scientific American.com 05 July 2005. http://www.sciam.com/article.cfm?articleID=0001616A-93A1-12C5-93A183414B7F0000&sc=I100322
G. J.