GPU 1만5000개로 초기 우주 시뮬레이션, 루미나는 무엇을 새로 보여줬나

미국 하버드·스미스소니언 천체물리학센터와 댈러스텍사스대 연구팀이 빅뱅 이후 약 20억 년 동안의 우주 진화를 재현한 시뮬레이션 ‘루미나(Lumina)’를 개발했다. 연구 결과는 2026년 10월 26일 국제학술지 ‘영국왕립천문학회 월간보고’에 발표됐다.

초기 은하와 별이 만들어지고 우주 공간의 수소와 헬륨이 이온화되는 과정을 큰 규모로 계산해, 이론과 망원경 관측을 비교할 기반을 마련했다는 설명이다.

초기 우주의 별과 은하가 내놓은 빛은 주변의 중성 수소와 헬륨에서 전자를 떼어내는 ‘재이온화’를 일으킨 것으로 추정된다. 루미나는 암흑물질·일반 물질·복사에너지의 상호작용을 함께 계산하는 복사유체역학 시뮬레이션이다.

한 변이 약 15억 광년인 정육면체 공간을 다뤘으며, 비슷한 원리의 기존 시뮬레이션보다 계산 부피가 100배 이상 크다. 미국 오크리지국립연구소 슈퍼컴퓨터 프런티어의 GPU 1만5000개 이상이 투입됐다.

규모뿐 아니라 헬륨까지 실시간으로 계산한 점도 차이다. 기존 시뮬레이션과 달리 수소와 헬륨의 이온화가 주변 물질의 온도·밀도, 은하 진화에 미치는 영향을 반영했다. 결과에서는 수소 재이온화는 별빛이, 헬륨 재이온화는 초대질량블랙홀이 물질을 흡수하며 강한 복사에너지를 내는 활동은하핵(AGN)이 주도한 것으로 나타났다.

예측된 우주배경복사가 전자와 부딪혀 흩어진 정도는 유럽우주국 플랑크 우주망원경의 관측과 잘 맞았고, 은하 사이 가스의 온도와 이온화 정도도 기존 관측과 대체로 일치했다.

연구팀은 루미나를 제임스웹 우주망원경과 지난달 본격 관측을 시작한 낸시그레이스로먼 우주망원경의 자료와 비교해 우주 진화 이론을 검증하고, 초기 은하·블랙홀의 형성과 가스 흐름을 분석하는 데 활용할 계획이다.