한국과학기술정보연구원(KISTI)과 고등과학원, 한국천문연구원은 우주 진화와 은하 생성을 계산하는 세계 최대 규모의 우주론적 유체역학 시뮬레이션을 수행했다고 밝혔다.
KISTI 슈퍼컴퓨팅응용센터 권오경 책임연구원은 슈퍼컴퓨터 누리온의 계산자원 30%를 3개월간 활용한 세계 최대 규모의 수치모의실험 'Horizon Run 5'(HR5)를 지난해 수행하고, 그 결과 생성된 1PB(페타바이트) 규모의 데이터를 기반으로 한 첫 번 째 우주연구 논문이 현재 국제학술지에 리뷰중이라고 전했다.
이번 시뮬레이션은 한 변이 약 34억 광년인 가상 우주 공간을 대상으로 이루어진 것으로 세계적으로도 기존 시뮬레이션보다 10배 이상 큰 규모로 이뤄졌다.
연구팀은 이번 실험으로 기존 세계 최대급 수치모의실험에서 이뤄졌던 것보다 약 10배 더 많은 100여개의 은하단을 찾을 수 있었으며, 우주의 나이가 38만 년일 때 빛과 물질이 분리되며 형성된 물질 요동의 흔적(BAO, Baryonic Acoustic Oscillation)도 이 가상우주공간 내에서 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.'Horizon Run(HR) 5'는 KISTI 슈퍼컴퓨터를 활용한 다섯 번째 우주 진화 연구다. HR1부터 HR4까지는 KISTI 슈퍼컴퓨터 4호기 타키온을 활용했지만, 이번 HR5 시뮬레이션은 2018년 도입된 슈퍼컴 5호기 누리온을 활용했다. 16만 CPU 코어, 160TB 메모리, 1PB 데이터를 사용한 이번 실험은 누리온 전체 계산자원(25.7페타플롭스)의 약 30%인 7.5페타플롭스 규모에서 3개월간 계산을 수행했다.
연구팀은 이 계산작업을 위해 프랑스에서 개발된 유체역학 수치모의실험 코드인 RAMSES(람세스)를 누리온 슈퍼컴퓨터에서 최대 효율을 발휘하도록 최적병렬화했다. 새롭게 개발된 람세스 버전은 초신성과 활동성 은하핵에 의한 기체의 가열 및 손실 뿐 아니라 산소, 철과 같은 중원소 함량의 진화, 초거대질량 블랙홀의 자세한 물리적 진화과정을 계산할 수 있다.
연구팀은 이번 실험이 우주론적 유체역학 수치모의실험의 규모를 크게 확장함으로써 표준우주모형에 입각한 은하의 형성과 진화를 가장 사실적으로 재현했다는 데 큰 의의가 있다고 설명했다. 초거대 블랙홀의 성장 과정을 이해하고, 우주의 팽창현상을 설명하기 위해 이론상으로 제시된 암흑에너지의 정체를 규명하기 위한 탐사 관측 해석에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.