“Buraco negro molecular” é criado em laboratório

O Linac Coherent Light Source (LCLS) é o laser de raios-x mai poderoso do mundo, e foi projetado para ajudar os cientistas a descobrir os segredos do mundo microscópico com mais detalhes. No passado, o instrumento foi usado para criar um tipo de mini-estrela em laboratório, e agora ele criou um “buraco negro molecular” concentrando a intensidade total do feixe em um único átomo.

O LCLS pode tirar imagens de alta resolução de vírus, bactérias, proteínas e moléculas individuais. O sistema funciona atingindo objetos com impulsos de raios X extremamente brilhantes que duram apenas femtossegundos (cerca de um milhão de bilionésimos de segundo) que geram energia suficiente para cortar o aço. Estudar objetos microscópicos com o LCLS pode melhorar nossa compreensão da física de partículas, fotossíntese, fusão nuclear, spintrônica e ajudar no desenvolvimento de medicamentos,.

O buraco negro molecular foi um subproduto inesperado de experimentos realizados por pesquisadores da Universidade Estadual do Kansas, nos EUA. A equipe usou espelhos para focar o feixe de raios-x em um ponto de 100 nm (nanômetros) de largura, que é cerca de 100 vezes menor do que os alvos do equipamento. O plano era testar a forma como os átomos pesados ​​reagem quando atingidos com raios X rígidos, carregando a maior energia possível que o LCLS pode produzir.

“Eles são cerca de cem vezes mais intensos do que o que você obteria se focasse toda a luz solar que atinge a superfície da Terra em uma miniatura”, diz Sebastien Boutet, co-autor do estudo.

Com essa quantidade ridícula de energia aproveitada, a equipe visou átomos de xenônio, que contêm 54 elétrons cada, e átomos de iodo, que possuem 53 elétrons. Era esperado que os elétrons mais profundos em cada átomo fossem removidos para criar “átomos vazios”, antes que os elétrons das camadas externas caíssem em cascata para preencher as lacunas. Estes seriam apagados pelos próximos raios-x, deixando apenas os elétrons mais estreitamente ligados.

Isso é exatamente o que aconteceu com os átomos de xenônio, que foram isolados, mas não foi o caso do iodo. Esses átomos eram parte de duas moléculas diferentes e maiores, então, quando perderam elétrons, eles se tornaram um tipo de buraco negro molecular, sugando mais dos átomos de carbono e hidrogênio adjacentes para preencher o vazio deixado para trás. Esses elétrons foram então ejetados também, antes que as raios-X destruíssem completamente as moléculas.

Um átomo de iodo isolado deveria perder 47 elétrons nessa situação, mas incluindo aqueles que absorveu de seus vizinhos, as menores de duas moléculas acabaram ejetando 54. Quanto ao maior, a equipe não conseguiu descubrir ainda.

“Nós acreditamos que o efeito foi ainda mais importante na molécula maior do que na menor, mas ainda não sabemos quantificá-lo”, diz Artem Rudenko, pesquisador principal do estudo. “Nós estimamos que mais de 60 elétrons foram expulsos, mas na verdade não sabemos onde eles pararam, porque não conseguimos detectar todos os fragmentos que voaram quando a molécula se separou para ver quantos elétrons estavam faltando. São perguntas abertas que precisamos estudar”.

Embora os pesquisadores não esperassem que os átomos fossem tão danificados, os resultados ainda concordam com os modelos teóricos, o que leva a equipe a acreditar que o instrumento pode ser usado para estudar sistemas mais complexos.

“Isso tem benefícios importantes para os cientistas que desejam alcançar as imagens de moléculas biológicas de maior resolução para o desenvolvimento de melhores produtos farmacêuticos, por exemplo”, diz Mike Dunne, diretor do programa LCLS. “Essas experiências também guiarão o desenvolvimento de um instrumento de próxima geração para o projeto de atualização LCLS-II, que proporcionará um grande salto na capacidade devido ao aumento da taxa de repetição de 120 pulsos por segundo para 1 milhão”, finaliza. 

Fonte: HypeScience.com

[New Atlas]