Laser mais potente da história cria – sem querer – um buraco negro na Terra

DESY/Science Communication Lab

Um raio laser ultraintenso expulsa tantos elétrons do átomo de Iodo (dir.) que o átomo começa a arrastar elétrons do resto da molécula (esq.) – apenas para os expulsar também

Cientistas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, criaram um “buraco negro” artificial usando o laser de raios-X mais potente já criado.

Segundo um artigo publicado na revista Nature, cientistas do SLAC National Accelerator Laboratory da Universidade de Stanford, nos EUA, bombardearam uma pequena molécula com o Linac Coherent Light Source, o laser de raios-X mais poderoso do mundo, a transformando em um “buraco negro molecular” que atrai toda a matéria que o rodeia.

Um buraco negro é um corpo estelar que resulta normalmente da implosão de uma estrela moribunda, e tem uma massa concentrada tão fortemente que sua gravidade “infinita” atrai toda a matéria – seja ela em forma de partícula ou onda luminosa – que se encontre nas proximidades.

No decorrer de uma experiência recente, foi usado um raio laser “100 vezes mais intenso do que o que se obteria se concentrássemos em um ponto minúsculo toda a luz do Sol que atinge a Terra em dado instante”, explicou em comunicado o físico Artem Rudenko, pesquisador da Kansas State University e coautor do estudo.

Os cientistas usaram espelhos especiais para focar o feixe de raios-X do Coherent em um ponto com 100 nanômetros de diâmetro, fazendo-o incidir em uma amostra com átomos de xenônio (⁵⁴Xe), elemento gasoso cujos átomos têm 54 elétrons, e dois tipos de moléculas com átomos de iodo (⁵³I), cujos átomos têm 53 elétrons.

Este tipo de átomos pesados e de arranjos moleculares são importantes em reações biológicas, e os cientistas os usam frequentemente para aumentar o contraste em análises de espectrofotometria e cristalografia, mas nunca tinham sido usados átomos com uma massa atômica tão elevada.

Aplicando seletivamente o intenso raio laser concentrado sobre elétrons específicos dos átomos e moléculas da amostra, os cientistas pretendiam na experiência tirar esses elétrons de órbita, criando “átomos ocos” apenas com um número mínimo de elétrons, com ligações eletrônicas mais fortes.

Baseados no conhecimento de estudos anteriores com raios-X menos energéticos, os cientistas esperavam que os elétrons das camadas exteriores dos átomos “caíssem” em cascata para as camadas mais interiores, apenas para serem eles próprios expulsos do átomo pelos raios-X subsequentes.

E foi exatamente o que aconteceu: tanto com os átomos de xenônio, como com as moléculas com átomos de ⁵³I.

Mas para surpresa dos cientistas, no caso das moléculas com átomos de ⁵³I, o processo não parou por aí, e os átomos de iodo, que ficaram com uma forte carga positiva depois de perder a maior parte dos seus elétrons, continuaram a “sugar” os elétrons dos átomos de carbono e hidrogênio das moléculas de que faziam parte, ejetando-os também, um a um.

Em vez de perder 47 dos seus 53 elétrons, como o esperado, o iodo de um dos tipos de moléculas ejetou 54 elétrons, incluindo os que tinha arrancado dos átomos vizinhos, criando um nível de disrupção não só maior que o esperado, mas de uma natureza completamente diferente; o que poderia ser chamado de buraco negro molecular.

O iodo do outro tipo de molécula, por sua vez, ejetou mais de 60 elétrons, entre os próprios e os que arrancou dos átomos vizinhos, mas os cientistas não conseguiram determinar com precisão exatamente quantos elétrons foram tirados de órbita antes que as moléculas simplesmente explodissem.

“Os resultados da experiência podem trazer avanços importantes, por exemplo, na área da análise espectrofotométrica, ou na farmacologia”, diz Mike Dunne, diretor do Linac Coherent Light Source.

“Os nossos resultados vão nos permitir construir um modelo físico do efeito da radiação nas moléculas, que nos ajudará a prever seu impacto em outros sistemas”, diz Daniel Rolles, pesquisador da Kansas State University e coautor do estudo.

É sempre bom saber dos avanços que a ciência nos traz todos os dias. Mas não deixará de ser angustiante, para alguns, saber que um grupo de cientistas muito bons, com um laser muito forte, criaram um buraco negro muito pequeno – e que o fizeram por acaso.