.Stunning Video Showcases the Largest, Most Detailed Simulation of the Early Universe to Date
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.Stunning Video Showcases the Largest, Most Detailed Simulation of the Early Universe to Date
놀라운 비디오는 지금까지 초기 우주의 가장 크고 가장 상세한 시뮬레이션을 보여줍니다
주제:천문학천체물리학 작성자: JENNIFER CHU, MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2022년 3월 25일 산 시뮬레이션 클립 San 시뮬레이션의 작은 클립. 아래 기사의 비디오를 참조하십시오.
새벽의 여신의 이름을 따서 명명된 최초의 10억 년의 산 시뮬레이션은 방사선이 초기 우주를 형성한 방법을 설명하는 데 도움이 됩니다. 이 모든 것은 약 138억 년 전에 우주를 갑자기 그리고 장관을 이루게 한 거대한 우주론적 "쾅"과 함께 시작되었습니다. 잠시 후, 유아 우주는 극적으로 냉각되어 완전히 어두워졌습니다. 그런 다음, 빅뱅 후 2억 년 이내에 중력이 물질을 첫 번째 별과 은하로 모으면서 우주가 깨어났습니다.
이 첫 번째 별의 빛은 주변 가스를 뜨겁고 이온화된 플라즈마 로 바꾸었습니다 . 이는 우주를 오늘날 우리가 보고 있는 복잡한 구조로 추진한 우주 재이온화로 알려진 중요한 변환입니다. 이제 과학자들은 MIT , 하버드 대학교, 막스 플랑크 천체 물리학 연구소의 과학자들이 개발한 Thesan이라는 새로운 시뮬레이션을 통해 이 중요한 시기에 우주가 어떻게 전개되었을지 자세히 볼 수 있습니다 . 새벽의 에트루리아 여신의 이름을 따서 명명된 Thesan은 "우주의 새벽", 특히 우주 재이온화를 시뮬레이션하도록 설계되었습니다. 그리고 방사선. San 시뮬레이션은 이러한 상호 작용을 이전 시뮬레이션의 가장 높은 세부 사항과 가장 큰 볼륨으로 해결합니다. 이것은 우주 먼지에 대한 모델과 함께 빛이 가스와 상호 작용하는 방식을 추적하는 새로운 알고리즘과 은하 형성의 현실적인 모델을 결합하여 수행합니다.
산 초기 우주 시뮬레이션 주요 San 실행에서 시뮬레이션된 속성의 진화. 시간은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행됩니다. 필라멘트로 연결된 덩어리(후광)로 구성된 우주 그물 구조에서 암흑 물질(상단 패널)이 붕괴되고 가스(상단에서 두 번째 패널)가 뒤따르면서 붕괴하여 은하를 생성합니다. 이것들은 우주 재이온화를 일으키는 이온화 광자를 생성하고(위에서 세 번째 패널) 프로세스에서 가스를 가열합니다(아래 패널). 크레딧: THESAN 시뮬레이션 제공
연구원들은 San을 사용하여 3억 광년에 걸친 우주의 세제곱 부피를 시뮬레이션할 수 있습니다. 그들은 빅뱅 이후 약 400,000년에서 시작하여 처음 10억 년 동안 이 공간에서 수십만 개의 은하의 첫 출현과 진화를 추적하기 위해 시뮬레이션을 앞으로 실행합니다. 지금까지 시뮬레이션은 천문학자들이 초기 우주에 대해 가지고 있는 관측이 거의 없는 것과 일치합니다. 예를 들어 새로 출시된 James Webb 우주 망원경 과 같이 이 기간에 대해 더 많은 관측이 이루어짐에 따라 Thesan은 그러한 관측을 우주적 맥락에 배치하는 데 도움이 될 수 있습니다. 현재 시뮬레이션은 초기 우주에서 빛이 얼마나 멀리 이동할 수 있는지, 어떤 은하가 재이온화를 담당했는지와 같은 특정 프로세스에 대한 정보를 제공하기 시작했습니다. "산은 초기 우주로 가는 다리 역할을 합니다."라고 MIT 카블리 천체 물리학 및 우주 연구 연구소의 NASA 아인슈타인 펠로우인 Aaron Smith가 말했습니다.
"이는 우주에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꿀 태세를 갖춘 다가오는 관측 시설에 대한 이상적인 시뮬레이션 대응물 역할을 하기 위한 것입니다." Smith와 MIT 물리학 부교수인 Mark Vogelsberger, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics의 Rahul Kannan, Max Planck의 Enrico Garaldi는 2022년 3월 24일 Monthly 에 세 번째 논문을 통해 Thesan 시뮬레이션을 소개했습니다.
-왕립천문학회 공지사항 . 빛을 따라 우주 재이온화의 초기 단계에서 우주는 어둡고 균질한 공간이었습니다. 물리학자들에게 이 초기 "암흑기" 동안의 우주 진화는 비교적 간단하게 계산할 수 있습니다. “원칙적으로 펜과 종이로 이것을 해결할 수 있습니다.”라고 Smith는 말합니다. "그러나 어느 시점에서 중력은 물질을 함께 끌어당기고 붕괴시키기 시작합니다. 처음에는 천천히, 그 다음에는 너무 빨라서 계산이 너무 복잡해져서 전체 시뮬레이션을 수행해야 합니다." 우주 재이온화를 완전히 시뮬레이션하기 위해 팀은 초기 우주의 주요 성분을 가능한 한 많이 포함하려고 했습니다. 그들은 진화하는 은하의 특성과 개체군을 정확하게 시뮬레이션하는 것으로 밝혀진 Illustris-TNG 라는 그룹이 이전에 개발한 성공적인 은하 형성 모델로 시작했습니다 .
-그런 다음 그들은 은하와 별의 빛이 주변 가스와 상호 작용하고 재이온화하는 방식을 통합하는 새로운 코드를 개발했습니다. 다른 시뮬레이션에서는 대규모로 정확하게 재현할 수 없었던 매우 복잡한 과정입니다. Kannan은 "산은 이 첫 번째 은하의 빛이 처음 10억 년 동안 가스와 상호 작용하고 우주를 중성에서 이온화로 변형시키는 방법을 따릅니다."라고 말합니다. "이렇게 하면 전개되는 재이온화 프로세스를 자동으로 따릅니다."
마지막으로 팀은 초기 우주 시뮬레이션에 고유한 또 다른 기능인 우주 먼지의 예비 모델을 포함했습니다. 이 초기 모델은 물질의 작은 입자가 초기의 희소한 우주에서 은하 형성에 어떻게 영향을 미치는지 설명하는 것을 목표로 합니다.
https://youtu.be/17iLOLn9znY
가스 및 방사선 진화의 San 시뮬레이션은 중성 수소 가스의 렌더링을 보여줍니다. 색상은 밀도와 밝기를 나타내며 고밀도 중성 가스 필라멘트 네트워크 내에서 고르지 못한 재이온화 구조를 나타냅니다.
우주의 다리 시뮬레이션의 구성 요소가 있는 상태에서 팀은 빅뱅의 유물 빛의 정밀한 측정을 기반으로 빅뱅 이후 약 400,000년 동안의 초기 조건을 설정했습니다. 그런 다음 그들은 세계에서 가장 큰 슈퍼컴퓨터 중 하나인 SuperMUC-NG 기계를 사용하여 우주의 한 부분을 시뮬레이션하기 위해 이러한 조건을 시간이 지남에 따라 발전시켰습니다. 이 기계는 동시에 60,000개의 컴퓨팅 코어를 활용하여 3천만 CPU에 해당하는 Thesan의 계산을 수행했습니다. 몇 시간(단일 데스크톱에서 실행하려면 3,500년이 걸렸을 작업). 시뮬레이션은 기존 시뮬레이션 중 가장 큰 공간에 걸친 우주 재이온화에 대한 가장 상세한 보기를 생성했습니다. 일부 시뮬레이션은 먼 거리에 걸쳐 모델링하지만 상대적으로 낮은 해상도로 모델링하는 반면, 더 자세한 시뮬레이션은 큰 볼륨에 걸쳐 있지 않습니다. Vogelsberger는 "우리는 이 두 가지 접근 방식을 연결하고 있습니다. 우리는 대용량과 고해상도를 모두 가지고 있습니다."라고 강조합니다. 시뮬레이션의 초기 분석은 우주 재이온화가 끝날 무렵 과학자들이 이전에 가정했던 것보다 빛이 이동할 수 있는 거리가 더 극적으로 증가했음을 시사합니다. Kannan은 “산은 빛이 우주 초기에 먼 거리를 여행하지 않는다는 것을 발견했습니다. "사실, 이 거리는 매우 작으며, 재이온화의 맨 끝에만 커져서 불과 몇 억 년에 걸쳐 10배 증가합니다." 연구원들은 또한 재이온화를 주도하는 은하의 유형에 대한 힌트도 봅니다. 팀은 James Webb와 다른 관측소에서 더 많은 관측을 하면 이러한 주요 은하를 찾아내는 데 도움이 될 것이라고 말하지만, 은하의 질량은 재이온화에 영향을 미치는 것으로 보입니다. Vogelsberger는 "[우주 재이온화 모델링]에는 움직이는 부분이 많이 있습니다."라고 결론지었습니다. "이 모든 것을 일종의 기계에 결합하고 실행을 시작하여 역동적인 세계를 생성할 수 있을 때, 그것은 우리 모두에게 매우 보람 있는 순간입니다."
참조: A Smith, R Kannan, E Garaldi, M Vogelsberger, R Pakmor, V Springel 및 L Hernquist의 "Thesan 프로젝트: 재이온화 시대의 Lyman-a 방출 및 전송", 2022년 3월 24일 Royal Notices of the Royal 천문학 학회 . DOI: 10.1093/mnras/stac713 이 연구는 NASA, National Science Foundation 및 Gauss Center for Supercomputing에서 부분적으로 지원되었습니다.
.Leap Forward in Genetic Sequencing Will Lead to Improved Personalized Medicine and Understanding of Evolution
유전자 염기서열 분석의 도약은 개인화 의학의 개선과 진화에 대한 이해로 이어질 것입니다
주제:생화학통풍진화약리학시퀀싱UC 어바인 캘리포니아 대학교 - 어바인 2022년 3월 25 일 DNA 기술 개념
2022년 3월 11일 사이언스 어드밴스( Sciences Advances )에 발표된 논문에서 캘리포니아 대학교(University of California, Irvine) 화학과 및 물리학 및 천문학과의 연구원들은 DNA 시퀀싱을 가능하게 하는 핵심 효소에 대한 새로운 세부 사항을 공개했습니다. 이번 발견은 의사가 개별 환자의 게놈을 기반으로 치료법을 설계할 수 있는 개인화 의료 시대로의 도약이다. 이번 연구의 공동 교신저자이자 UCI 화학 교수인 Greg Weiss는 "효소는 유기체에 너무 오래 걸리는 화학적 변형을 촉매함으로써 생명을 가능하게 합니다."라고 말했습니다. "우리가 정말로 관심을 갖고 있는 변형 중 하나는 지구상의 모든 생명체에 필수적입니다. DNA가 복사되고 복구되는 과정입니다."
개방형 구성의 Taq 효소 이 이미지는 새로운 화학 염기가 도착하여 DNA 사슬에 맞도록 시도할 수 있기를 기다리는 개방형 구성의 Taq 효소를 보여줍니다. 크레딧: Max Strul / UCI 및 Lorena Beese 연구소 / Duke University CHEMISTRY MARCH 25, 2022
UCI가 이끄는 팀이 연구한 분자는 Taq라는 효소로, 처음 발견된 미생물인 Thermos Aquaticus 에서 따온 이름 입니다. UCI가 주도하는 팀이 연구한 분자는 Taq라는 효소로, 처음 발견된 미생물인 Thermos Aquaticus에서 따온 이름입니다. Taq는 DNA를 복제합니다. 법의학에서 COVID-19 를 감지하기 위한 PCR 테스트에 이르기까지 수천 가지를 사용하는 기술인 중합효소 연쇄 반응 은 Taq를 활용합니다.
UCI가 이끄는 팀은 Taq가 새로운 DNA 사본을 만드는 데 도움이 되므로 과학자들이 이전에 생각했던 것과 완전히 다르게 행동한다는 것을 발견했습니다. Weiss는 효소가 기름칠이 잘 된 효율적인 기계처럼 계속해서 DNA 사본을 만들어내는 대신 매장의 통로를 순회하며 보이는 모든 것을 장바구니에 던지는 무분별한 쇼핑객처럼 행동한다고 설명했습니다.
-Weiss는 "DNA 사슬에 추가할 각 조각을 신중하게 선택하는 대신 성공적으로 추가된 각 조각에 대해 수십 개의 부적합한 부분을 효소가 잡아냅니다."라고 말했습니다. "쇼핑객이 쇼핑 목록에서 항목을 확인하는 것처럼 효소는 복제하려는 DNA 서열에 대해 각 부분을 테스트합니다." Taq는 잘못된 품목이 장바구니에 담긴 것을 거부한다는 것은 잘 알려져 있습니다. 이러한 거부는 결국 DNA 서열을 성공적으로 복제하는 열쇠입니다. 새 작업에서 놀라운 점은 Taq이 정확한 염기를 거부하는 빈도입니다. "그것은 쇼핑객이 동일한 토마토 통조림 여섯 개를 집어 카트에 넣은 다음 한 캔만 필요할 때 모두 테스트하는 것과 같습니다." 테이크 홈 메시지: Taq는 할 수 있는 것보다 훨씬 훨씬 덜 효율적입니다. 이번 연구의 공동 교신저자인 UCI 물리천문학부의 필립 콜린스 교수는 이번 발견이 의료 혁신을 향한 도약이라고 설명했다. 과학자들이 Taq의 기능을 이해한다면 사람의 염기서열분석이 얼마나 정확한지 더 잘 이해할 수 있기 때문입니다. 콜린스는 “사람마다 게놈이 약간씩 다르고 다른 위치에 돌연변이가 있습니다.
그들 중 일부는 질병에 대한 책임이 있고 다른 일부는 전혀 책임이 없습니다. 이러한 차이점이 중요한지 아니면 의료 행위가 중요한지(적절한 처방의 경우) 차이점을 정확히 알아야 합니다.” Taq의 행동을 연구하기 위한 나노 크기의 장치를 만든 연구실의 Collins는 "과학자들은 이러한 효소가 어떻게 정확도 를 달성하는지 모릅니다 . "허용되는 인간 게놈과 다른 경우 환자의 DNA를 정확하게 시퀀싱했다고 어떻게 보장합니까? 환자에게 정말로 희귀 돌연변이가 있는 것일까요? 아니면 효소가 단순히 실수를 한 것일까요?”라고 Collins는 말합니다. Weiss는 "이 작업은 DNA 사본을 만드는 동안 시간을 덜 낭비하는 개선된 버전의 Taq를 개발하는 데 사용될 수 있습니다."라고 말했습니다. 작업의 영향은 의학에서 끝나지 않습니다. 정확한 DNA 시퀀싱에 의존하는 모든 과학 분야는 Taq의 작동 방식을 더 잘 이해함으로써 이점을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 고대 DNA를 사용하여 진화 역사를 해석할 때 과학자들은 DNA가 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지에 대한 가정에 의존하고 이러한 가정은 정확한 유전자 염기서열 분석에 의존합니다. "우리는 게놈 데이터의 세기에 들어섰습니다."라고 Collins는 말했습니다. "세기 초에 우리는 처음으로 인간 게놈을 풀었고, 게놈에서 새로 발견된 정보로 유기체와 종, 인류 역사를 이해하기 시작했지만 그 게놈 정보는 정확할 때만 유용합니다."
참고 문헌: Mackenzie W. Turvey, Kristin N. Gabriel, Wonbae Lee, Jeffrey J. Taulbee, Joshua K. Kim, Silu Chen, Calvin J. Lau, Rebecca E. Kattan, Jenifer T의 "단일 분자 Taq DNA 중합효소 역학" Pham, Sudipta Majumdar, Davil Garcia, Gregory A. Weiss 및 Philip G. Collins, 2022년 3월 11일, Science Advances . DOI: 10.1126/sciadv.abl3522 이 연구의 공동 저자로는 전 UCI 물리학 및 천문학 대학원생인 Mackenzie Turvey 박사와 분자생물학 및 생화학 분야의 전 UCI 대학원생인 Kristin Gabriel 박사가 있습니다. 이 연구는 NIH의 국립 인간 게놈 연구소(National Human Genome Research Institute)의 지원을 받았습니다.
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메모 2203260533 나의 사고실험 oms 스토리텔링
개방형 구성의 Taq 효소는 새로운 화학 염기가 도착하여 DNA 사슬에 맞도록 시도할 수 있기를 기다리는 모습을 보여준다. 이는 마치 샘플c.oss가 zerosum을 정의하여 ms.base가 oser의 시그널을 만드는 작업과 매우 유사하다. 그 기본적인 작업은 x,y,z의 012을 통해 선택적으로 쇼핑목록에 맞춰서 장바구니에 품목을 개방형 구성의 Taq 효소처럼 oser.taq가 정산한다.
abs.taq.total을 얻기까지 좀 복잡하고 어려운 계산이다. 중간에 시간상 계산을 포기했다. 하지만 그다지 어려운 것은 아니기에 언젠가는 자세히 소개하겠다. 허허.
abs.taq.z
200000000
000000000
002000100
000000000
000000000
000000000
001000100
020000000
000000001
abs.taq.x
011002000
001010202
000000000
110020011
020200110
211000110
020020011
001120000
011002200
abs.taq.y
002110120
202102000
110210021
000002122
010001221
000000000
100001000
002000000
022220000
abs.taq.xyz(2,0 외의 임의적 지정값 결정)
abs.taq.total
-Weiss said, "Instead of carefully selecting each piece to add to the DNA chain, the enzyme catches dozens of misfits for each successfully added piece." "Like a shopper checks an item on a shopping list, the enzyme tests each piece against the DNA sequence it wants to replicate." It is well known that Taq refuses to put the wrong item in the cart. This rejection is, in turn, the key to successfully cloning a DNA sequence. What is surprising in the new work is the frequency with which Taq rejects the correct base. “It’s like a shopper picks up six identical cans of tomatoes, puts them in a cart, and tests them all when they only need one can.” Take Home Messages: Taq is far less efficient than it could be. The study's co-corresponding author, Professor Philip Collins of the UCI School of Physics and Astronomy, said the discovery is a step toward medical innovation. Because if scientists understand how Taq works, they can better understand how accurate human sequencing is. “Each person has a slightly different genome, and there are mutations in different locations,” Collins said.
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memo 2203260533 my thought experiment oms storytelling
The Taq enzyme in its open configuration is shown waiting for new chemical bases to arrive and try to fit into the DNA chain. This is very similar to how sample c.oss defines zerosum and ms.base makes oser's signal. Its basic operation is to selectively match the shopping list through 012 of x, y, and z, and oser.taq settles the items in the shopping cart like an open configuration Taq enzyme.
It is a rather complicated and difficult calculation to obtain abs.taq.total. In the middle, I gave up the calculation due to time. But it's not that difficult, so I'll introduce it in detail someday. haha.
abs.taq.z
200000000
000000000
002000100
000000000
000000000
000000000
001000100
020000000
000000001
abs.taq.x
011002000
001010202
000000000
110020011
020200110
211000110
020020011
001120000
011002200
abs.taq.y
002110120
202102000
110210021
000002122
010001221
000000000
100001000
002000000
022220000
abs.taq.xyz (determining an arbitrary value other than 2,0)
abs.taq.total
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