Um algoritmo que ajuda os engenheiros a projetar helicópteros melhores pode ajudar os astrônomos a visualizar com mais precisão a formação de planetas e galáxias.
Os pesquisadores de Yale, Darryl Seligman e Greg Laughlin, criaram um novo modelo para entender como os buracos negros, planetas, e galáxias emergem de ambientes espaciais ricos em vórtices. Eles se inspiraram em um algoritmo de engenharia mecânica que mostra como o ar flui pelas pás do rotor de um helicóptero.
"O espaço está cheio de gás, pó, fluidos, e turbulência. Queríamos fazer um trabalho melhor de contabilização do turbilhão de todo esse material, "disse Seligman, um estudante de graduação e primeiro autor do estudo.
Esse turbilhão vem de um vórtice, ou melhor, múltiplos vórtices - que giram e puxam as coisas em direção ao seu centro. Em particular, Laughlin e Seligman procuraram replicar a interação de vórtices em um disco de acreção, que é o campo rotativo da matéria que envolve corpos cósmicos massivos, como os buracos negros. Os discos de acreção são os criadouros de novos planetas, sistemas solares, e galáxias.
Modelos tradicionais para formações de planetas e fenômenos semelhantes foram baseados em um ambiente cósmico explosivo, cheio de choques fortes. Laughlin e Seligman decidiram criar um novo modelo, chamado Maelstrom3D, que se concentra na interação de vórtices em um ambiente cósmico menos combustível.
Inicialmente, os pesquisadores analisaram simulações gráficas de computador de explosões como um modelo. Mas eles acabaram decidindo que tais simulações não continham o nível de complexidade necessário para modelar a turbulência do espaço.
Foi quando eles encontraram um estudo de uma década feito por um grupo de engenheiros mecânicos. O estudo apresentou um algoritmo para mostrar como as pás do rotor do helicóptero interagiram com os vórtices que criaram.
"Ao projetar um helicóptero, é literalmente de missão crítica fazer com que a interação lâmina-vórtice certa, "Laughlin disse." Darryl foi capaz de transferir a estrutura de modelagem aeronáutica rigorosa para simulações de ambientes astrofísicos, e está claro que isso faz uma grande diferença. "
Usando seu novo modelo, os pesquisadores o aplicaram a um par de vórtices inseridos em um pedaço hipotético de disco de acreção. Eles encontraram duas diferenças principais em relação aos modelos anteriores:Os vórtices podem liberar ondas de Rossby (ondas atmosféricas) enquanto giram, e o número de órbitas entre os dois vórtices, que está relacionado com a viscosidade do ambiente, é diferente conforme renderizado com seu modelo.
"Ficamos impressionados com o nível de detalhe que conseguimos alcançar, "Seligman disse.
As descobertas aparecem online em The Astrophysical Journal .
Ele acrescentou que Maelstrom3D pode ter outras aplicações além da astronomia. Por exemplo, um estudo recente sugeriu que antigos plesiossauros geravam vórtices com suas nadadeiras dianteiras, o que ajudou suas nadadeiras traseiras a gerar mais energia para propulsão.
"Esse tipo de dinâmica de fluidos é muito semelhante aos vórtices gerados por interações de vórtices de pás em um rotor de helicóptero ou asa de avião, e é exatamente o tipo de fenômeno que nosso código foi projetado para lidar, "Seligman disse.
