ESTUDO DA INSTABILIDADE KELVIN-HELMHOLTZ ATRAVÉS DE SIMULAÇÕES COM O CÓDIGO ATHENA

Abstract

As instabilidades Kelvin-Helmholtz são comuns em sistemas astrofísicos e vão desde jatos deburacos negros até disco de acreção protoplantário. Um objeto astrofísico com fortes características da instabilidade de Kelvin-Helmholtz é a Nebulosa de Caraguejo, na qual a expansão do material foi ocasionado pela explosão de uma supernova há, aproximadamente, 1000 anos. Essa instabilidade ocorre no limite entre dois fluidos de diferentes densidades, quando um dos fluidos é acelerado com relação ao outro. Com o objetivo de estudar essa instabilidade, realizamos uma simulação com o código de malha euleriana ATHENA. Para essasimulação, consideramos um domínio quadrado com limites periódicos sobre as laterais, e, refletindo na fronteirada parte superior e inferior. A região superior da caixa é preenchida com um gás de densidade ρ=1,0, pressãoP1=1,0, índice adiabático γ=5/3 e velocidade u1=0,03 na direção x (para direita). A parte inferior tem densidadeρ=2,0, mesma pressão, velocidade e índice adiabático, só que no sentido contrário, para a esquerda. A velocidade é definida como uma função senoidal, que cria a perturbação inicial. Como resultado, observamos o princípio da instabilidade e a formação dos vórtices, com as cristas bem definidas. A nitidez da fronteira entre o material de alta e de baixa densidade está bem conservada, devido à difusão relativamente baixa do algoritmo. Notamos, ainda, que, evoluindo a simulação, os vórtices formados a partir da turbulência fundem-se.