Учёные случайно создали молекулярную чёрную дыру

Не пугайтесь заголовка. Чёрная дыра, случайно созданная сотрудниками Национальной ускорительной лаборатории SLAC, получилась размером всего лишь с один атом, так что нам ничто не угрожает. Да и название «чёрная дыра» лишь отдалённо описывает наблюдаемый исследователями феномен. Мы неоднократно рассказывали вам о самом мощном в мире рентгеновском лазере, носящем название Linac Coherent Light Source (Линейный источник когерентного света – англ.). Разработано это устройство было для того, чтобы исследователи могли своими глазами увидеть все красоты микроскопического уровня. Но в результате случайности лазер создал миниатюрную молекулярную чёрную дыру.

В январе 2012 года LCLS использовался для того, чтобы воссоздать в лаборатории своего рода крошечную звезду. Лазер создал плотную материю, раскалённую до температуры 2 000 000 градусов Цельсия. Учёные на какое-то время приблизились к пониманию того, что именно происходит внутри Солнца. Но планов по созданию чёрной дыры, пускай даже и молекулярной, у исследователей не было. Это событие стало результатом чистой случайности в ходе одного из многочисленных экспериментов.

LCLS облучает объекты при помощи невероятно ярких рентгеновских вспышек длительностью всего в несколько фемтосекунд. В ходе очередного эксперимента учёные использовали зеркала для того, чтобы сфокусировать лазерный луч в пятно с диаметром всего 100 нанометров, что примерно в 100 раз меньше обычного. Целью эксперимента было исследование реакции тяжёлых атомов на удар жёсткого рентгеновского излучения. Именно поэтому было важно максимально сфокусировать луч лазера. Мощность, полученную в итоге, можно сопоставить со всем солнечным светом, падающим на землю, если сфокусировать его в пятно размером с человеческий ноготь.

Всю эту энергию учёные направили на атомы ксенона, содержащие по 54 электрона каждый, а также на атомы йода, имеющие по 53 электрона. Исследователи предполагали, что те электроны, которые расположены ближе всего к центру атомов, будут удалены, что, по сути, позволит на некоторое время создать подобие «полых атомов» до тех пор, пока электроны с внешних орбит не начнут заполнять промежутки. В случае с ксеноном именно это и произошло. А вот йод повёл себя совершенно иначе. Его атомы, являющиеся частью двух молекул, после потери электронов превратились в некое подобие чёрной дыры, затягивающей в себя электроны из соседних атомов углерода и водорода. Лазер выбивал втянутые в атом чужие электроны до тех пор, пока полностью не разрушил всю молекулу.

Предполагалось, что атом йода потеряет всего 47 электронов, однако с учётом втянутых электронов из соседних атомов, учёные насчитали 54 штуки. И это речь идёт о меньшей молекуле. Что же касается крупной молекулы, исследователи пока всё ещё анализируют результаты эксперимента. Сделать это не так просто, но учёные планируют продолжать свои исследования в данном направлении. Результаты необычного опыта были опубликованы в журнале Nature.