En algoritm som hjälper ingenjörer att designa bättre helikoptrar kan hjälpa astronomer att mer exakt föreställa sig bildandet av planeter och galaxer.
Yale -forskarna Darryl Seligman och Greg Laughlin har skapat en ny modell för att förstå hur svarta hål, planeter, och galaxer dyker upp från de virvelrika miljöerna i rymden. De hämtade inspiration från en maskinteknisk algoritm som visar hur luft flyter förbi en helikopters rotorblad.
"Rymden är full av gas, damm, vätskor, och turbulens. Vi ville göra ett bättre jobb med att redovisa virvlingen av allt detta material, sa Seligman, en doktorand och första författare till studien.
Den virvlingen kommer från en virvel - eller snarare, flera virvlar - som snurrar och drar saker mot sitt centrum. Särskilt, Laughlin och Seligman försökte replikera virvlarnas interaktion i en ackresionsskiva, vilket är materiens roterande fält som omger massiva kosmiska kroppar som svarta hål. Ackretionsskivor är grogrund för nya planeter, solsystem, och galaxer.
Traditionella modeller för planetformationer och liknande fenomen har baserats på en explosiv kosmisk miljö, full av starka stötar. Laughlin och Seligman bestämde sig för att skapa en ny modell, kallad Maelstrom3D, som fokuserar på växelverkans samspel i en mindre brännbar kosmisk miljö.
Initialt, forskarna tittade på datorgrafiksimuleringar av explosioner som modell. Men de beslutade så småningom att sådana simuleringar inte innehöll den komplexitet som krävs för att modellera rymdets turbulens.
Det var då de stötte på en tio år gammal studie av en grupp mekaniska ingenjörer. Studien presenterade en algoritm för att visa hur helikopterrotorblad interagerade med virvlar som de skapade.
"När du designar en helikopter, det är bokstavligen uppgiftskritiskt att få blad-virvel-interaktionen rätt, "Laughlin sa." Darryl har kunnat överföra det rigorösa luftfartsmodelleringsramverket till simuleringar av astrofysiska miljöer, och det är klart att det här gör en stor skillnad. "
Med sin nya modell, forskarna applicerade det på ett virvlar som sätts in i en hypotetisk lapp av ackretionsskiva. De fann två huvudsakliga skillnader från tidigare modeller:Virvlarna kan tappa Rossbyvågor (atmosfäriska vågor) när de snurrar, och antalet banor mellan de två virvlarna, som är relaterad till miljöns viskositet, är annorlunda jämfört med deras modell.
"Vi var chockade över detaljnivån vi kunde uppnå, Sa Seligman.
Resultaten visas online i The Astrophysical Journal .
Han tillade att Maelstrom3D kan ha andra tillämpningar än astronomi. Till exempel, en ny studie föreslog att gamla plesiosaurer skapade virvlar med sina främre flippor, vilket hjälpte deras ryggflippor att generera mer energi för framdrivning.
"Den typen av vätskedynamik liknar mycket virvlarna som genereras av bladvirvelinteraktioner i en helikopterrotor eller flygplansvinge, och är exakt den typ av fenomen vår kod är utformad för att hantera, Sa Seligman.
