Questão 23 da FUVEST 2025

1ª fase

Considere o texto a seguir.

Imagem astronômica mostrando uma região central escura cercada por um anel brilhante com linhas em espiral em tons de laranja, amarelo e branco, representando a luz polarizada ao redor de um buraco negro, acompanhada da legenda The Event Horizon Telescope Collaboration.

“Com observações feitas pela primeira vez em luz polarizada, a nova imagem do buraco negro que se esconde no coração da Via Láctea revelou um campo magnético com uma estrutura muito semelhante à de outro buraco negro situado no centro da galáxia M87, sugerindo que campos magnéticos intensos podem ser comuns a todos os buracos negros.

A luz é uma onda eletromagnética que nos permite ver objetos. Por vezes, os campos elétrico e magnético associados à onda oscilam em direções preferenciais, definindo o que chamamos de luz polarizada. Apesar de estarmos rodeados por luz polarizada, aos olhos humanos essa luz é indistinguível da luz dita ‘normal’. No plasma que rodeia estes buracos negros, as partículas que giram em torno das linhas de campo magnético conferem-lhe um padrão de polarização com orientação na direção perpendicular ao campo magnético do buraco negro, o que permite aos astrônomos ver com muitos detalhes o que se passa nas regiões dos buracos negros e mapear as suas linhas de campo magnético.”

“Astrônomos descobrem campos magnéticos em espiral nas bordas de buraco negro da Via Láctea”, Jornal da USP 29/03/2024. Disponível em https://jornal.usp.br/ciencias/ (Adaptado).

Com base no texto e em seus conhecimentos, é correto afirmar:

  1. A
    A medida do padrão de polarização da luz mencionada no texto permite somente o mapeamento das linhas de campos magnéticos na direção paralela à direção da polarização.
  2. B
    O olho humano pode discriminar as diferentes direções da luz polarizada dos buracos negros, mapeando suas linhas de campo.
  3. C
    Campos magnéticos como os mencionados no texto são criados apenas por cargas elétricas em repouso no plasma que rodeia os buracos negros.
  4. D
    O plasma é formado por partículas eletricamente carregadas, dado que essas partículas exibem um movimento circular perpendicular à direção do campo magnético.
  5. E
    O processo de mapeamento das linhas de campo magnético mencionado no texto pode ser realizado por meio da detecção de qualquer tipo de onda eletromagnética gerada em buracos negros.
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Resolução comentada

O texto diz que as partículas do plasma giram em torno das linhas de campo magnético e que isso produz luz com polarização perpendicular ao campo. Vamos conferir cada afirmação com essa informação.

Quando uma partícula carregada com velocidade \vec v entra em um campo magnético \vec B, a força magnética é F = |q|vB\,\sen\theta e é sempre perpendicular à velocidade. Ela não realiza trabalho, apenas curva a trajetória. Com a velocidade perpendicular ao campo, o movimento é circular, com raio R = \dfrac{mv}{|q|B}. Em geral, o movimento é helicoidal, em espiral ao redor da linha de campo.

Para uma partícula neutra, a força magnética é nula e ela não gira em torno das linhas. Por isso, o fato de as partículas do plasma girarem em torno das linhas de campo mostra que elas têm carga elétrica. É exatamente isso que a alternativa D afirma.

As demais falham:

  1. A polarização é perpendicular ao campo, e não paralela. Como a direção é conhecida, o campo é mapeado por ela, mas não "somente" na direção paralela.
  2. O olho humano não distingue luz polarizada de luz normal, como diz o texto.
  3. Cargas em repouso geram apenas campo elétrico. Campo magnético exige cargas em movimento.
  4. O mapeamento depende da polarização, e nem toda onda eletromagnética detectada traz essa informação.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA polarização é perpendicular ao campo, e o mapeamento não se limita à direção paralela.
  • BO texto diz que o olho humano não distingue luz polarizada da luz normal.
  • CCargas em repouso geram só campo elétrico; campo magnético vem de cargas em movimento.
  • EO mapeamento usa a luz polarizada, e não qualquer onda eletromagnética.

Assuntos: força magnética sobre cargas, polarização da luz, campo magnético.

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