세계 최대 규모의 우리우주 진화실험 성공

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2005-01-07 04:00

대전--(뉴스와이어)--한국과학기술정보연구원(KISTI, 원장 조영화)은 연구원에서 국내 계산과학 연구자에게 세계최대 규모의 슈퍼컴퓨팅 자원을 제공하는 거대도전(Grand Challenge)과제에 힘입어 한국고등과학원(KIAS, 원장 김만원)의 박창범 교수와 김주한 박사(당시 천문연구원) 연구팀이 베일에 싸인 우주의 진화 과정을 정확히 밝혀냈다고 발표하였다.

KIAS 물리학부의 박 교수 연구팀은 관측이 매우 어려운 우주진화과정을 밝히기 위해 여러 이론적 가설들을 세계 최대 규모의 우주론적 수치모의실험에 대입해 시뮬레이션 했고, 그 결과 우주진화의 과정을 밝히게 됐다고 말했다. 이 연구로 빅뱅 이후 현재까지 우주 공간과 물질의 기원, 은하와 별의 생성, 행성과 생명체가 태어난 우주의 역사를 이해할 수 있는 토대가 마련되었다고 평가되고 있다.

이번 수치계산은 기존에 수행된 최대 실험보다 8배 이상 큰 모의실험이었고, 박 교수가 1992년에 수행하여 뉴욕타임지와 워싱턴포스트지에 대서특필된 당시 세계최대의 실험보다는 무려 2000배 이상 큰 수치계산이었다. 박 교수팀은 이 연구를 위하여 KISTI 슈퍼컴퓨터 3호기 ‘노벨’의 약 20%에 해당하는 자원량을 약 80일간 활용하여 계산을 수행하였다. 약 900GigaByte의 주메모리와 128개의 중앙처리장치(CPU)를 동시에 사용하였고, 실험결과를 9TeraByte의 저장공간에 담을 수 있었던 점이 실험을 성공적으로 수행할 수 있었던 기반이 되었다. 이정도 규모의 실험을 일반 컴퓨터로 할 경우 약 6만년의 시간이 소요되며, 우주생성과 진화를 밝혀내는데 있어 슈퍼컴퓨터의 역할은 거의 결정적인 것으로 알려져 있다.

박 교수팀은 우주생성당시 은하에서 은하단, 초은하단, 우주거대구조까지 다양한 천체들이 생성된 원인이 물질의 분포가 달랐기 때문이라는 점에 착안하여, 86억개의 질량을 가진 입자들을 우주 생성 당시와 유사하게 슈퍼컴퓨터에 분포시킨 후 두 개의 모의실험을 수행하였다. 여기에는 캐나다 토론토 대학과 공동으로 개발한 최신의 우주 수치시뮬레이션 고성능 병렬 프로그램(Tree+PM 병렬 N-체 프로그램)을 사용하였다. 그 결과 크기가 47억 광년과 260억 광년인 정육면체의 팽창 공간(우주 끝까지 거리의 반을 넘는 크기)에서 은하가 생성되기 이전의 초기 우주에서부터 현재까지 천체의 생성과정을 계산해 냈다. 이번에 새로이 수행된 모의실험과 기존의 계산과의 차이점은 은하에서부터 우주거대구조까지 광범위한 규모에 걸쳐 다양한 천체들이 상호 영향을 주면서 생성되는 과정을 정확하게 설명하게 되었다는 점이다.

한편, 박 교수팀이 모의실험을 수행한 지난 7월과 비슷한 시기인 지난 8월 독일 막스플랑크 연구소에서는 독일·영국·미국·캐나다·일본 등 5개국의 과학자 17명이 함께 23억 광년 크기의 공간에 약 100억개의 입자를 사용한 우주론적 수치모의실험을 완성했다는 발표를 하였다. 크기에서는 훨씬 작으나 입자 수에서 약간 더 큰 실험이었다. 이 실험은 박교수팀보다 더 많은 질량 입자를 사용하였기 때문에 작은 규모에서는 천체의 진화를 더 정밀하게 보여주지만, 크기가 작아 큰 규모의 구조들은 보여줄 수 없기 때문에 박 교수팀의 연구와 상호보완적인 가치를 지닌다. 박 교수팀의 모의실험은 우리나라 단독으로 단 2명의 과학자가 이루어낸 업적이기도 하다.

한국은 금년 7월에 미국, 독일, 일본 중심으로 수행하고 있는 우주측량 프로젝트(SDSS, Sloan Digital Survey Sky)에 공식 참여하게 되었는데, SDSS 한국 과학자 그룹의 대표이기도 한 박 교수의 이번 모의실험 자료로 인하여 우주모형의 검증과 우주구조 생성원리 이해에 결정적인 역할을 하게 되었다.

박창범 교수는 지난 수년간 우주론 분야에서는 지상의 대형망원경과 첨단 우주망원경의 대규모 우주탐사에 힘입어 많은 과학적 쾌거가 이루어져 왔고, 현재 우주론 분야 연구의 초점은 우주 초기에 물질의 요동이 발생하여 오늘날 별과 은하와 같은 다양한 천체가 태어나게 된 원리를 규명하는 데에 있는데, 천체의 기원과 진화를 정확히 이해하기 위해서는 우주의 생성에서부터 현재에 이르기까지의 우주진화과정을 수치적으로 모의실험 하여 이론적 가설들과 비교하여야 함을 강조하면서 이러한 연구의 성공을 위해서는 슈퍼컴퓨팅 자원에 대한 전략적 지원이 필수적 요소라고 하였다.

KISTI 이지수 슈퍼컴퓨팅센터장은 “인류의 궁금증 해소를 위해 끊임없이 헌신하고 있는 국내 계산과학 분야 연구자들이 세계적인 연구성과를 낼 수 있는 연구환경을 조성하기 위하여 슈퍼컴퓨팅 자원을 지속적으로 확충해 나갈 계획이다”라고 밝혔다.

한국과학기술정보연구원 개요
한국과학기술정보연구원(KISTI)은 과학기술 R&D 인프라의 체계적 구축을 통한 국가 경쟁력 확보를 위해 설립된 정부출연연구기관으로, 박근혜 정부의 창조경제 정책의 일환으로 온라인 아이디어 사업화 플랫폼 창조경제타운을 운영하고 있다.

웹사이트: http://www.kisti.re.kr