No universo são observados grandes conglomerados de massa: Planetas, estrelas, cometas, buracos negros, etc. Explique/detalhe por que não existem grandes conglomerados de carga elétrica não neutra.

Passo 1

O enunciado pergunta por que, embora existam no universo objetos de grande massa (planetas, estrelas, cometas, buracos negros etc.), não se observam “conglomerados” de carga elétrica de sinal único e de grande magnitude. O conteúdo requerido envolve comparação entre a força gravitacional e a força eletrostática, além de conceitos de estabilidade em plasmas e blindagem (“shielding”) eletrostática.

Passo 2

Comparemos as intensidades das forças gravitacional e eletrostática entre duas partículas elementares de massa m e carga q. A força de Coulomb vale
F_{\rm C} = k_{\rm e}\,\frac{q^2}{r^2},
enquanto a força de atração gravitacional é
F_{\rm G} = G\,\frac{m^2}{r^2}.
O quociente entre elas independe de r e é
\frac{F_{\rm C}}{F_{\rm G}} = \frac{k_{\rm e}\,q^2}{G\,m^2}.
Para um par de prótons q=e, m=m_p temos
\frac{F_{\rm C}}{F_{\rm G}} \approx \frac{(8{,}99\times10^9)\,(1{,}6\times10^{-19})^2}{6{,}67\times10^{-11}\,(1{,}67\times10^{-27})^2} \sim 10^{36}.
Ou seja, a força eletrostática é cerca de 10^{36} vezes mais intensa que a força gravitacional.

Passo 3

Se um astro adquirisse um pequeno excesso de carga líquida, a repulsão eletrostática entre as parcelas carregadas rapidamente se tornaria colossal, muito maior do que a atração gravitacional que mantém a estrutura coesa. Assim, qualquer excesso de carga tenderia a ser expelido.

Passo 4

No meio interestelar e em estrelas, a matéria está em forma de plasma, onde cargas livres se movem. Num plasma existe o efeito de blindagem (Debye shielding): um excesso de carga positiva atrai elétrons de regiões vizinhas até neutralizar localmente o campo elétrico além de uma certa distância (o comprimento de Debye). Isso impede que grandes regiões permaneçam com carga líquida não nula.

Passo 5

Além disso, o potencial elétrico gerado por um grande corpo com carga Q cresce como
\varphi(r)=\frac{k_{\rm e}Q}{r}.
Para valores de Q mesmo modestos, \varphi ultrapassaria a energia de ligação de elétrons ou íons, arrancando-os do corpo e conduzindo à neutralização.

Resposta

Não há grandes conglomerados de carga não neutra porque a força eletrostática (muito mais forte que a gravitacional) expeliria qualquer excesso de carga e o plasma circundante o neutralizaria via blindagem de Debye, mantendo astros praticamente neutros.

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