Een algoritme dat ingenieurs helpt om betere helikopters te ontwerpen, kan astronomen helpen om de vorming van planeten en sterrenstelsels nauwkeuriger voor te stellen.

Yale-onderzoekers Darryl Seligman en Greg Laughlin hebben een nieuw model ontwikkeld om te begrijpen hoe zwarte gaten, planeten, en sterrenstelsels komen tevoorschijn uit de vortexrijke omgevingen van de ruimte. Ze lieten zich inspireren door een werktuigbouwkundig algoritme dat laat zien hoe lucht langs de rotorbladen van een helikopter stroomt.

"De ruimte is vol gas, stof, vloeistoffen, en turbulentie. We wilden het wervelen van al dit materiaal beter verantwoorden, " zei Seligman, een afgestudeerde student en eerste auteur van de studie.

Dat wervelen komt van een vortex - of liever, meerdere draaikolken - die dingen draaien en naar hun centrum trekken. Vooral, Laughlin en Seligman probeerden de interactie van wervels in een accretieschijf te repliceren, dat is het roterende veld van materie dat massieve kosmische lichamen zoals zwarte gaten omringt. Accretieschijven zijn de broedplaatsen voor nieuwe planeten, zonnestelsels, en sterrenstelsels.

Traditionele modellen voor planeetformaties en soortgelijke fenomenen zijn gebaseerd op een explosieve kosmische omgeving, vol sterke schokken. Laughlin en Seligman besloten een nieuw model te maken, genaamd Maelstrom3D, dat zich richt op het samenspel van draaikolken in een minder brandbare kosmische omgeving.

aanvankelijk, de onderzoekers keken als model naar computergraphics-simulaties van explosies. Maar uiteindelijk besloten ze dat dergelijke simulaties niet het vereiste niveau van complexiteit bevatten om de turbulentie van de ruimte te modelleren.

Toen stuitten ze op een tien jaar oude studie van een groep werktuigbouwkundigen. De studie presenteerde een algoritme om te laten zien hoe rotorbladen van helikopters in wisselwerking stonden met wervels die ze creëerden.

"Bij het ontwerpen van een helikopter, het is letterlijk missiekritiek om de blad-vortex-interactie goed te krijgen, " Laughlin zei. "Darryl is in staat geweest om het rigoureuze modelleringskader voor de luchtvaart over te dragen naar simulaties van astrofysische omgevingen, en het is duidelijk dat dit een groot verschil maakt."

Met behulp van hun nieuwe model, de onderzoekers pasten het toe op een paar draaikolken die in een hypothetisch stukje accretieschijf waren ingebracht. Ze vonden twee belangrijke verschillen met eerdere modellen:de wervels kunnen Rossby-golven (atmosferische golven) afstoten terwijl ze ronddraaien, en het aantal banen tussen de twee wervels, die verband houdt met de viscositeit van de omgeving, is anders zoals weergegeven met hun model.

"We waren verbluft door het detailniveau dat we konden bereiken, ' zei Seligman.

De bevindingen verschijnen online in Het astrofysische tijdschrift .

Hij voegde eraan toe dat Maelstrom3D mogelijk andere toepassingen heeft dan astronomie. Bijvoorbeeld, een recente studie suggereerde dat oude plesiosauriërs draaikolken genereerden met hun voorvinnen, waardoor hun rugvinnen meer energie voor voortstuwing konden genereren.

"Dat type vloeistofdynamica lijkt erg op de wervelingen die worden gegenereerd door bladvortex-interacties in een helikopterrotor of vliegtuigvleugel, en is precies het soort fenomeen waarvoor onze code is ontworpen, ' zei Seligman.