ŠtudentEdini pravi spletni portal za mlade

Galaksije niso naključno razpršene po vesolju. Združujejo se ne le v kopice, temveč tudi v ogromne medsebojno povezane filamentarne strukture, med katerimi so velikanske puste praznine. Ta kozmična mreža je bila sprva šibka in je sčasoma postajala vse bolj izrazita, saj je gravitacija pritegnila snov skupaj.

Nitast razpored desetih galaksij

Astronomi so z Nasinim vesoljskim teleskopom James Webb odkrili nitast razpored desetih galaksij, ki so obstajale le 830 milijonov let po velikem poku. Struktura, dolga 3 milijone svetlobnih let, je zasidrana v svetlečem kvazarju – galaksiji z aktivno supermasivno črno luknjo v jedru. Ekipa meni, da se bo nit sčasoma razvila v masivno jato galaksij, podobno znani jati Coma v bližnjem vesolju.

»Presenetilo me je, kako dolg in ozek je ta filament,« je dejal član ekipe Xiaohui Fan z Univerze Arizona v Tucsonu. »Pričakoval sem, da bom nekaj našel, vendar nisem pričakoval tako dolge in izrazito tanke strukture.«

»To je ena najzgodnejših filamentarnih struktur, ki so jih ljudje kdajkoli našli v povezavi z oddaljenim kvazarjem,« je dodal Feige Wang z Univerze Arizona v Tucsonu, glavni raziskovalec tega programa.

To odkritje je rezultat projekta ASPIRE (A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era), katerega glavni cilj je preučevanje kozmičnih okolij najzgodnejših črnih lukenj. V okviru programa bodo skupno opazovali 25 kvazarjev, ki so obstajali v prvi milijardi let po velikem poku, v času, ki je znan kot epoha reionizacije.

»Zadnji dve desetletji kozmoloških raziskav sta nam omogočili dobro razumevanje tega, kako se oblikuje in razvija kozmični splet. Cilj projekta ASPIRE je razumeti, kako vključiti nastanek najzgodnejših masivnih črnih lukenj v našo sedanjo zgodbo o oblikovanju kozmične strukture,« je pojasnil član ekipe Joseph Hennawi s Kalifornijske univerze v Santa Barbari.

Kvazarji bodo postali rastoče pošasti

V drugem delu študije so preučevali lastnosti osmih kvazarjev v mladem vesolju. Ekipa je potrdila, da so njihove osrednje črne luknje, ki so obstajale manj kot milijardo let po velikem poku, od 600 milijonov do 2 milijardkrat večje od mase našega Sonca. Astronomi še naprej iščejo dokaze, ki bi pojasnili, kako so lahko te črne luknje tako hitro zrasle.

»Za nastanek teh supermasivnih črnih lukenj v tako kratkem času morata biti izpolnjena dva kriterija. Prvič, rast mora začeti iz masivne semenske črne luknje. Drugič, tudi če se to seme začne z maso, ki je enaka masi tisoč Sonc, mora v celotnem življenjskem obdobju z največjo možno hitrostjo akumulirati milijonkrat več snovi,« je pojasnil Wang.

»Ta opazovanja brez primere nam dajejo pomembne namige o tem, kako se črne luknje sestavljajo. Izvedeli smo, da se te črne luknje nahajajo v masivnih mladih galaksijah, ki zagotavljajo rezervoar goriva za njihovo rast,« je dejal Jinyi Yang z Univerze v Arizoni, ki vodi študijo črnih lukenj s programom ASPIRE.

Webb je tudi zagotovil doslej najboljše dokaze o tem, kako zgodnje supermasivne črne luknje uravnavajo nastajanje zvezd v svojih galaksijah. Medtem ko supermasivne črne luknje akumulirajo snov, lahko povzročajo tudi ogromne odtoke snovi. Ti vetrovi lahko segajo daleč onkraj same črne luknje na galaktični ravni in lahko pomembno vplivajo na nastanek zvezd.

»Močni vetrovi iz črnih lukenj lahko zavirajo nastajanje zvezd v gostiteljski galaksiji. Takšne vetrove so opazili v bližnjem vesolju, vendar jih še nikoli niso neposredno opazili v epohi reionizacije,« je dejal Yang. »Obseg vetra je povezan s strukturo kvazarja. Pri opazovanjih v Webbu vidimo, da so takšni vetrovi obstajali že v zgodnjem vesolju.«

Človeškemu očesu je nebo videti modro, saj so kratki valovi modre svetlobe razpršeni bolj kot druge barve v spektru, zaradi česar je modra svetloba bolj vidna.

Da bi razumeli zakaj je nebo modro, moramo najprej razumeti nekaj o svetlobi. Čeprav je svetloba sonca videti bela, je v resnici sestavljena iz spektra številnih različnih barv, kot lahko vidimo, ko se razporedijo v mavrico.

Svetlobo si lahko predstavljamo kot val energije, različne barve pa imajo različne valovne dolžine. Na enem koncu spektra je rdeča svetloba, ki ima najdaljšo valovno dolžino, na drugem pa sta modra in vijolična, ki imata veliko krajšo valovno dolžino.

Zakaj je nebo modro?

Ko sončna svetloba doseže Zemljino atmosfero, jo drobne molekule plina (večinoma dušika in kisika) v zraku razpršijo ali odbijejo. Ker so te molekule veliko manjše od valovne dolžine vidne svetlobe, je količina sipanja odvisna od valovne dolžine. Ta učinek se imenuje Rayleighovo sipanje po Johnu Rayleighu, ki ga je prvi odkril.

Krajše valovne dolžine (vijolična in modra) se najmočneje sipajo, zato se proti našim očem razprši več modre svetlobe kot drugih barv. Zakaj potem nebo ni videti vijolično, saj je vijolična svetloba še močneje razpršena kot modra? To je zato, ker v sončni svetlobi ni toliko vijolične, naše oči pa so veliko bolj občutljive na modro barvo.

Modra svetloba, ki daje barvo nebu, je dovolj svetla, da vse zvezde, ki jih vidimo ponoči, izginejo, saj je svetloba, ki jo oddajajo, veliko šibkejša.

Zakaj modrina bledi proti obzorju?

Vsi smo že kdaj pogledali nebo in opazili, da je najbolj živahno nad našo glavo in zbledi, ko doseže obzorje. To je zato, ker je morala svetloba z obzorja dlje potovati po zraku in se tako ponovno razprši. Tudi zemeljsko površje igra vlogo pri sipanju in odbijanju te svetlobe. Zaradi tega povečanega razprševanja se prevlada modre svetlobe zmanjša in tako vidimo povečano količino bele svetlobe.

Rdeča barva ob sončnem vzhodu in zahodu

Rdeča barva ob sončnem vzhodu in zahodu se pojavi zato, ker je Sonce blizu obzorja, kar pomeni, da je pot, ki jo žarki prepotujejo, večja. Zdaj vemo, da to pomeni, da se svetloba ponovno razprši, zaradi česar se modra in zelena svetloba praktično filtrirata, v ospredje pa tako stopi rumeno-rdeča svetloba. V primeru onesnaženega zraka je rdeča barva še bolj izrazita, ob morju pa je nebo v oranžnih odtenkih zaradi delcev soli.

Po študiji raziskovalcev iz Weill Cornell Medicine in Nacionalnega inštituta za srce, pljuča in kri, ki je del Nacionalnega inštituta za zdravje v ZDA, lahko DNA posnema funkcije beljakovin, tako da se zloži v zapletene tridimenzionalne strukture.

S pomočjo visoke ločljivosti do razkritja nove strukture molekule DNA

V študiji, objavljeni v reviji Nature, so raziskovalci uporabili tehnike slikanja visoke ločljivosti, da bi razkrili novo in zapleteno strukturo molekule DNA, ki so jo ustvarili in ki posnema delovanje beljakovine, imenovane zeleni fluorescenčni protein (GFP). GFP, ki je bil pridobljen iz meduze, je postal pomembno laboratorijsko orodje in deluje kot fluorescenčna oznaka ali svetilnik v celicah.

Ugotovitve prispevajo k napredku v znanosti o tem, kako je mogoče DNA zložiti v kompleksne oblike, in bodo raziskovalcem pomagale pri izdelavi takšnih molekul DNA za različne laboratorijske in klinične aplikacije. Fluorescenčna oznaka, ki je v celoti sestavljena iz DNA in posnema GFP, bi bila na primer pogosto idealna za označevanje ciljnih delov DNA v bioloških študijah in diagnostičnih testnih kompletih, njena izdelava pa bi bila razmeroma poceni.

»Te ugotovitve resnično spreminjajo naše razumevanje tega, kaj lahko počnemo z DNA,« je dejal soavtor študije dr. Samie Jaffrey, profesor farmakologije Greenberg-Starr in član Centra za raka Sandre in Edwarda Meyerja pri Weill Cornell Medicine.

DNA v naravi večinoma obstaja v dvoverižni, zviti lestvi ali vijačni obliki in služi kot razmeroma stabilno skladišče genetskih informacij. Vse druge zapletene biološke procese v celicah izvajajo druge vrste molekul, zlasti beljakovine.

Molekula poimenovana z besedo »solata«

Dr. Jaffrey in njegovi sodelavci so lani poročali o odkritju ene od takšnih molekul: enoverižne DNA, ki se prepogne tako, da lahko posnema delovanje GFP.

Molekula DNA, ki jo je dr. Jaffrey zaradi barve njenih fluorescenčnih emisij poimenoval solata (angl. lettuce), deluje tako, da se poveže z drugo majhno organsko molekulo, potencialno fluorescenčnim fluoroforjem, podobnim tistemu v osrčju GFP, in jo stisne na način, ki aktivira njeno sposobnost fluoresciranja. Raziskovalci so prikazali kombinacijo solate in fluorofora kot fluorescenčno oznako za hitro odkrivanje SARS-CoV-2, povzročitelja bolezni covid-19.

Dr. Jaffrey in njegova ekipa so solato odkrili tako, da so izdelali veliko enoverižnih DNA in poiskali tiste z želeno sposobnostjo aktiviranja fluorofora. Vendar niso vedeli, s kakšno strukturo je solata pridobila to sposobnost. Da bi to strukturo določili, so se v novi študiji obrnili na svojega dolgoletnega sodelavca, višjega raziskovalca NHLBI dr. Adriana R. Ferré-D'Amaréja.

Uporabljene napredne tehnike strukturnega slikanja

V raziskavi, ki jo je vodil dr. Luiz Passalacqua, raziskovalec v ekipi dr. Ferré-D'Amaréja, so bile uporabljene napredne tehnike strukturnega slikanja, vključno s krioelektronsko mikroskopijo, da bi razrešili strukturo solate v atomski ločljivosti. Ugotovili so, da se solata prepogne v obliko, ki ima v svojem središču štirismerni spoj DNA, kakršnega še niso videli, ki obdaja fluorofor na način, ki ga aktivira. Opazili so tudi, da so zgibi solate povezani z vezmi med nukleobazami – gradniki DNA, ki jih pogosto imenujemo črke (angl. Letters) v štiričrkovni abecedi DNA.

»Kar smo odkrili, ni DNA, ki bi poskušala biti podobna beljakovini; to je DNA, ki počne to, kar počne GFP, vendar na svoj poseben način,« je dejal dr. Ferré-D'Amaré. Raziskovalci so dejali, da bi morale ugotovitve pospešiti razvoj fluorescenčnih molekul DNA, kot je solata za hitre diagnostične teste, pa tudi številne druge znanstvene aplikacije, pri katerih je zaželena fluorescenčna oznaka na osnovi DNA.

»Študije, kot je ta, bodo bistvene za oblikovanje novih orodij na osnovi DNA,« je dejal dr. Jaffrey.