과학기술
은하 사이를 여행하면서 우주 탐험을 하는 것은 단지 꿈일 뿐이다. 하지만 한 국제 연구팀이 이 꿈을 실현할 수 있는 방법을 발견했다. 지금까지 디자인된 것 중 가장 크고 세부적인 가상 우주를 탄생시켰기 때문이다.
스페인 국립과학연구위원회(CSIC) 산하 안달루시아천체물리연구소(IAA)와 갈라시아 슈퍼컴퓨팅 센터(CESGA)에서 정교하게 설계한 이 가상 우주는 연구 그룹과 CESGA 클라우드 사용자라면 누구나 무료로 이용할 수 있다.
우추우에서 다른 배율로 형성된 가장 큰 은하단의 암흑물질 헤일로 이미지들 ©Tomoaki Ishiyama
‘우추우(Uchuu ; 일본어로 우주를 뜻하는 말)’라는 이름이 붙은 이 가상 우주 시뮬레이션은 한 면당 96억 3000만 광년이라는 전례 없는 크기의 컴퓨터 공간에 총 2조 1000억 개의 입자로 구성되어 있다.
즉, 이 정육면체 모형의 각 면은 지구와 가장 멀리 떨어진 은하까지의 거리의 약 3/4에 해당하는 셈이다. 때문에 우추우는 거대한 크기와 세부적인 수준에서 우주의 진화를 연구하게 해줄 것으로 기대되고 있다.
우추우는 은하의 형성은 물론 우주 전체의 운명을 좌우하는 암흑물질의 신비로운 헤일로(halo) 연구에 초점을 맞추고 있다. 가상의 암흑물질 덩어리를 가리키는 헤일로는 원래 후광을 뜻하는 말인데, 천문학에서는 구성 분포를 의미하는 말로 사용되고 있다.
휴대폰 사진 9억 장에 해당하는 데이터 생성
이 가상 우주의 규모는 가장 큰 은하단에서부터 가장 작은 은하단까지 다양하다. 대신 개별적인 별과 행성은 분석되지 않으므로 이곳에서 외계문명을 찾을 순 없다. 하지만 우추우가 다른 가상 세계에 비해 뛰어난 점은 시간 영역이다.
즉, 우추우는 빅뱅에서부터 현재까지 138억 년의 우주 역사 전체에 걸쳐 물질의 진화를 시뮬레이션할 수 있다. 이는 동물이 지구의 바다에서 처음 육지로 진출한 시간보다 30배 이상 긴 시간이다.
우추우를 사용해 우주의 대규모 구조를 연구하는 안달루시아천체물리연구소의 줄리아 F. 에레자(Julia F. Ereza) 연구원은 “우추우는 타임머신과 같다. 우리는 앞 또는 뒤로 갈 수 있고 시간 안에서 멈출 수도 있다. 또한, 하나의 은하계를 확대할 수도 있고 전체 군집을 시각화하기 위해 확대할 수도 있다. 우리는 우주의 모든 곳에서 어떤 일이 일어나는지 볼 수 있다. 우추우는 우주를 연구하기 위한 필수 도구다”라고 말했다.
일본, 스페인, 미국, 아르헨티나, 호주, 칠레, 프랑스, 이탈리아의 국제 연구팀은 세계에서 가장 강력한 천문학 전용 슈퍼컴퓨터인 ‘아테루이(ATERUI)Ⅱ’를 사용해 우추우를 만들었다. 그럼에도 우추우 제작에는 1년이란 기간이 소요된 것으로 알려졌다.
우추우 제작에 사용된 코드를 개발한 일본 지바대학의 이사야마 도모아키 교수는 우추우 제작에 매달 48시간 동안만 사용할 수 있는 4만 200개의 CPU 코어 모두를 사용했다고 설명했다. 이 모델의 완성까지 2,000만 시간의 슈퍼컴퓨터 시간이 소요돼 3페타바이트(1PB=1024TB)의 데이터를 생성했는데, 이는 1,200만 화소의 휴대폰 사진 8억 9478만 4853장과 맞먹는다.
하지만 고성능 컴퓨터 기법을 사용해 다운로드 시간에 대한 걱정을 줄였다. 암흑물질 헤일로의 형성과 진화에 관한 정보를 100테라바이트(TB)의 카탈로그로 압축시킨 것. 이 카탈로그는 모든 클라우드 사용자들이 사용하기 쉬운 형식으로 포맷되었다.
수천억 개의 별에 대한 움직임 계산 가능
연구팀은 가상 은하 카탈로그와 중력렌즈 지도를 포함한 2차 데이터 공개 작업도 진행 중이라고 밝혔다. 이 연구 결과는 ‘영국 왕립천문학회 월간보고(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)’ 최신호에 게재됐다.
아테루이Ⅱ는 기존의 슈퍼컴퓨터 아테루이보다 6배 향상된 컴퓨팅 성능을 갖고 있다. 따라서 아테루이의 경우 실제 은하 항성 수의 극히 일부만 시뮬레이션할 수 있는 데 비해 아테루이Ⅱ는 수천억 개의 모든 별에 대한 움직임을 계산할 수 있다.
세계에서 가장 강력한 천문학 전용 슈퍼컴퓨터인 ‘아테루이(ATERUI)Ⅱ’ ©NAOJ
아테루이Ⅱ를 구축한 일본 국립천문대(NAOJ)는 “슈퍼컴퓨터의 연산력을 이용해 이제 우리는 수치로 풀 수 없는 방정식을 풀 수 있게 되었다”며 “아테루이Ⅱ의 뛰어난 계산 속도를 활용한 시뮬레이션을 통해 더욱 현실적인 우주를 묘사하는 것을 목표로 한다”고 밝혔다.
우추우 카탈로그는 스페인 갈리시아 슈퍼컴퓨팅 센터(CESGA)의 클라우드에서 사용할 수 있으며 완전히 무료다. 줄리아 F. 에리자 연구원은 “이러한 시뮬레이션이 대개 매우 비싸다는 점을 고려할 때 이는 상당히 놀라운 것”이라고 언급했다.
우추우에 대해 좀 더 자세한 정보를 원하는 이들은 ‘skiesanduniverses.org’ 사이트를 방문하면 된다.
(10746)
- 이성규 객원기자
- yess01@hanmail.net
- 저작권자 2021.09.14 ⓒ ScienceTimes
관련기사
목록 보기전체 댓글 (0)
로그인후 이용 가능합니다.
-
생명물질의 기원은…”운석·화산재 철촉매 반응으로 생성된 듯”
44억년 전 초기 지구에서 생명체 재료가 되는 탄화수소, 알데히드, 알코올 등 유기 분자들이 철이 풍부한 운석이나 화산재 입자들이 촉진하는 화학반응을 통해 생성된 것으로 보인다는 연구 결과가 나왔다.
-
환자 암세포 활용한 암 치료 백신 개발 가능성 열었다
국내 연구진이 안정적이고 부작용이 적으면서 수술 후 전이·재발을 막을 새로운 형태의 암 치료 백신 개발 가능성을 열었다. 한국연구재단은 울산대 진준오 교수 연구팀이 암세포에서 얻은 표면 단백질을 항원으로 이용한 지질 나노입자(AiLNP)를 개발하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.
-
“복통·설사·직장 출혈·빈혈, 조기 대장암 4대 경고 신호”
복통, 설사, 직장 출혈, 철 결핍 빈혈(iron deficiency anemia) 등 4가지 징후 또는 증상이 50세 이전에 나타나는 조기 발생(early-onset) 대장암의 경고 신호라는 연구 결과가 나왔다.
-
“말뿐인 생분해”…바이오플라스틱 PLA 섬유 분해 안 돼
화학 섬유에서 나오는 미세 플라스틱 오염에 경각심을 갖고 생분해가 가능한 옷을 찾는 착한 소비가 생기고 있지만 생분해를 내세우며 개발된 섬유도 실제 환경에서는 제대로 썩지 못하는 것으로 나타났다.
-
초음파로 쥐 동면상태 유도 성공…”우주여행 활용 가능성”
유인 화성 탐사를 앞두고 이것이 실제 가능한지 관심이 높은 가운데 쥐 머리에 초음파를 쏴 동면 상태를 안전하게 반복 유도할 수 있다는 연구 결과가 나와 주목된다. 미국 세인트루이스 워싱턴대(WUSL) 홍 천 교수팀은 26일 과학저널 '네이처 신진대사'(Nature Metabolism)에서 초음파 펄스를 생쥐와 쥐의 뇌 특정 부위에 쏴 동면 상태를 안전하게 가역적으로 유도하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀은 이 방법은 머리 위에 초음파 방출기를 장착하는 비침습적 방식으로 초음파를 쏴 뇌의 신경 세포를 일시적으로 활성화해 체온을 낮추고 신진대사를 늦출 수 있다며 향후 의학이나 장거리 우주 비행에 응용될 수 있을 것이라고 말했다.
-
사과·블랙베리 등 플라보놀 함유 식품 ‘노쇠’ 발현 낮춰
플라보놀 성분을 함유한 사과와 블랙베리 등을 섭취하는 것이 노인의 '노쇠' 발현 가능성을 낮춘다는 연구 결과가 나왔다. 노쇠(frailty)는 나이가 들면서 신체 기능이 필연적으로 떨어지는 노화(aging)와는 구분되는 것으로, 일상에 지장을 줄 만큼 나이에 비해 신체기능이 심각하게 약해져 낙상과 골절 등을 초래할 위험이 높고 장애와 사망으로 이어질 수 있다. 미국 하버드의대 계열 임상 연구소인 '힌다·아서 마커스 노화연구소' 등에 따르면 플라보노이드의 하위그룹인 '플라보놀' 섭취와 노쇠의 연관성을 분석한 연구 결과를 '미국 임상영양학 저널'(American Journal of Clinical Nutrition)에 발표했다.
-
“북극해 식물플랑크톤, IPCC 예상치보다 최대 3배 감소”
북극해 식물플랑크톤이 유엔 '기후변화에 관한 정부 간 협의체'(IPCC)의 예상치보다 최대 3배 감소할 것이라는 연구 결과가 나왔다고 극지연구소가 24일 밝혔다. 포항공과대학교 국종성 교수 연구팀, 극지연구소 양은진 박사, 미국 스크립스 해양연구소 임형규 박사 등으로 구성된 국제공동연구팀은 쇄빙연구선 아라온호 탐사를 포함한 다양한 북극해 현장 탐사에서 획득한 데이터를 활용해 북극해 식물플랑크톤의 농도 예측기법을 개발했다. 이를 적용한 결과 이산화탄소 배출 시나리오에 따라 차이는 있었지만, 2100년 식물플랑크톤의 농도는 기존 IPCC 5차, 6차 보고서의 예측과 비교할 때 감소 폭이 최대 3배로 늘었다.