슈퍼컴퓨터 시뮬레이션으로 최초 은하의 탄생을 추적하다

과학자들이 초기 우주의 약 20억 년을 따라가며 최초의 별과 은하가 어떻게 형성되고 주변 기체를 변화시켰는지 추적하는 컴퓨터 시뮬레이션을 구축했다. Lumina라는 이름의 이 시뮬레이션은 광대한 우주를 조망하면서도 형성 중인 개별 은하를 연구할 수 있을 만큼 세밀하다.

MIT, 하버드대, 스미스소니언 및 협력 기관 연구진이 만든 이 모델은 미국 테네시주 오크리지 국립연구소의 Frontier 슈퍼컴퓨터에서 실행됐다. 이전의 유사한 시뮬레이션보다 약 100배 큰 공간에 걸쳐 암흑물질, 기체, 별, 복사를 추적한다.

핵심 성과 중 하나는 복사가 수소와 헬륨에서 전자를 떼어내는 ‘재이온화’ 과정을 두 원소 모두에 대해 모델링한 것이다. 시뮬레이션에서는 초기 별과 은하에서 나온 빛이 수소의 변화를 이끌고, 물질을 활발하게 빨아들이는 초대질량 블랙홀과 관련된 더 높은 에너지의 복사가 헬륨의 변화를 일으킨다.

이는 직접 관측한 결과가 아니라 예측이다. 연구팀은 다른 과학자들이 시뮬레이션 속 은하를 James Webb 같은 망원경의 관측 자료 및 향후 관측 조사 결과와 비교할 수 있도록 Lumina를 공개하고 있다. 이러한 비교는 최초의 우주 구조가 어떻게 형성됐는지에 관한 설명을 검증하고 기존 이론에서 보완이 필요한 부분을 드러낼 수 있다.