슈퍼컴으로 우주거대구조 형성과 은하 기원 실마리 찾는다

KISTI 등 3개기관, 우주론적 유체역학 시뮬레이션 수행

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구기관들이 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 통해 우주거대구조의 형성과 은하의 기원을 연구했다. 2020년 노벨물리학상 수상 연구로 관심을 모은 초거대 블랙홀의 성장 과정을 이해하기 위한 이론적 자료로 활용하고, 우주 팽창현상을 설명하기 위해 제시된 암흑에너지 정체 확인 등에도 활용할 수 있을 전망이다.

한국과학기술정보연구원(KISTI)은 고등과학원, 한국천문연구원과 우주 진화와 은하 생성을 계산하는 수치모의실험 ‘Horizon Run 5(이하 HR5)’를 수행했다고 19일 밝혔다.

HR5내 100여개 은하단 중 하나의 색합성 이미지.(자료=한국과학기술정보연구원)

KISTI는 지난 2018년 25.7페타플롭스의 계산 능력을 지닌 당시 세계 11위 규모의 슈퍼컴퓨터 누리온을 도입했다. 이듬해 HR5 연구팀은 누리온을 활용해 2500 계산노드(7.5페타플롭스 규모)에서 3개월간 계산을 수행했다.

연구팀은 해당 계산을 위해 프랑스에서 개발된 유체역학 수치모의실험 코드 RAMSES(람세스)를 도입해 초신성과 활동성 은하핵에 의한 기체 가열·손실을 비롯해 산소, 철과 같은 중원소 함량의 진화, 초거대질량 블랙홀의 물리적 진화과정을 계산했다.

기존 세계 최대급 우주론적 유체역학 수치모의실험에서는 가상 우주 공간 크기의 한계 때문에 우주거대구조의 성장과 은하 진화와의 상관 관계를 제대로 규명할 수 없었다. 이번 실험은 모의실험 규모를 확장해 은하의 형성과 진화를 사실적으로 재현했다.

기존 수치실험에서는 10개 내외의 은하단만 찾을 수 있었다면 이번 실험에서는 약 10배 더 많은 100여개의 은하단을 찾아냈다. 이를 통해 은하단 형성과 소속 은하의 진화를 살펴볼 수 있도록 했다.

연구팀은 시뮬레이션 결과에 대한 1차 분석을 완료하고, 세부 데이터를 분석하고 있다. 추후 내·외부 연구자들에게도 데이터를 공개해 유의미한 결과를 도출할 계획이다.

박창범 고등과학원 교수는 “HR5는 국내 연구진이 주도한 세계 최대 규모의 우주론적 유체역학 시뮬레이션으로 우주 거대구조와 은하의 생성·진화를 동시에 정밀히 기술할 수 있다”며 “우주론을 비롯한 은하와 은하단의 기원을 밝히는 연구에 활용하길 바란다”고 말했다.

권오경 KISTI 슈퍼컴퓨팅응용센터 책임연구원도 “이번 시뮬레이션을 통해 기존에 수행할 수 없었던 어려운 문제를 풀 수 있었다”며 “다른 종류의 연구에도 확장해 혁신적인 연구에 보탬이 됐으면 한다”고 강조했다.