Un algoritmo che aiuta gli ingegneri a progettare elicotteri migliori può aiutare gli astronomi a prevedere in modo più preciso la formazione di pianeti e galassie.

I ricercatori di Yale Darryl Seligman e Greg Laughlin hanno creato un nuovo modello per capire come i buchi neri, pianeti, e le galassie emergono dagli ambienti ricchi di vortici dello spazio. Hanno tratto ispirazione da un algoritmo di ingegneria meccanica che mostra come l'aria scorre oltre le pale del rotore di un elicottero.

"Lo spazio è pieno di gas, polvere, fluidi, e turbolenza. Volevamo fare un lavoro migliore per tenere conto del vortice di tutto questo materiale, " disse Seligman, uno studente laureato e primo autore dello studio.

Quel vortice proviene da un vortice, o meglio, vortici multipli, che ruotano e tirano le cose verso il loro centro. In particolare, Laughlin e Seligman hanno cercato di replicare l'interazione dei vortici in un disco di accrescimento, che è il campo rotante della materia che circonda corpi cosmici massicci come i buchi neri. I dischi di accrescimento sono terreno fertile per nuovi pianeti, sistemi solari, e galassie.

I modelli tradizionali per le formazioni dei pianeti e fenomeni simili sono stati basati su un ambiente cosmico esplosivo, pieno di forti scosse. Laughlin e Seligman hanno deciso di creare un nuovo modello, chiamato Maelstrom3D, che si concentra sull'interazione dei vortici in un ambiente cosmico meno combustibile.

Inizialmente, i ricercatori hanno preso come modello le simulazioni in computer grafica delle esplosioni. Ma alla fine hanno deciso che tali simulazioni non contenevano il livello di complessità richiesto per modellare la turbolenza dello spazio.

Fu allora che si imbatterono in uno studio decennale di un gruppo di ingegneri meccanici. Lo studio ha presentato un algoritmo per mostrare come le pale del rotore degli elicotteri hanno interagito con i vortici che hanno creato.

"Quando si progetta un elicottero, è letteralmente mission-critical per ottenere l'interazione lama-vortice giusta, " Ha detto Laughlin. "Darryl è stato in grado di trasferire il rigoroso quadro di modellazione aeronautica alle simulazioni di ambienti astrofisici, ed è chiaro che questo fa una grande differenza".

Usando il loro nuovo modello, i ricercatori l'hanno applicato a una coppia di vortici inseriti in un'ipotetica macchia di disco di accrescimento. Hanno trovato due differenze principali rispetto ai modelli precedenti:i vortici potrebbero emettere onde di Rossby (onde atmosferiche) mentre ruotano, e il numero di orbite tra i due vortici, che è legato alla viscosità dell'ambiente, è diverso come reso con il loro modello.

"Siamo rimasti sbalorditi dal livello di dettaglio che siamo riusciti a raggiungere, " ha detto Seligman.

I risultati appaiono online in Il Giornale Astrofisico .

Ha aggiunto che Maelstrom3D potrebbe avere altre applicazioni oltre all'astronomia. Per esempio, uno studio recente ha suggerito che gli antichi plesiosauri generassero vortici con le loro pinne anteriori, che ha aiutato le loro pinne posteriori a generare più energia per la propulsione.

"Quel tipo di fluidodinamica è molto simile ai vortici generati dalle interazioni dei vortici delle pale in un rotore di elicottero o ala di aeroplano, ed è esattamente il tipo di fenomeno che il nostro codice è progettato per gestire, " ha detto Seligman.