🕳️ 코스믹 크래시 코스: 1.5초 동안 블랙홀 탄생 포착한 슈퍼컴퓨터
130백만 CPU시간으로 재현한 우주적 충돌의 순간!
🌌 우주의 가장 극적인 장면, 완벽하게 시뮬레이션되다
최첨단 과학기술이 다시 한번 우주의 비밀을 열어젖혔다. 독일 막스플랑크 중력물리학연구소(알베르트 아인슈타인 연구소)가 주도한 국제 연구팀은 지금까지 가장 정밀하고도 긴 쌍성 중성자별 충돌 시뮬레이션을 완성했다. 단 1.5초의 실제 시간 동안 벌어지는 이 격렬한 사건을 구현하기 위해, 연구진은 1억 3천만 CPU시간과 8만 개의 병렬 프로세서를 사용했다.
이 실험은 일본의 초고성능 슈퍼컴퓨터 ‘후가쿠(Fugaku)’에서 진행되었으며, 아인슈타인의 일반상대성이론부터 중성미자 방출, 강력한 자기장 효과까지 복잡한 물리학을 모두 반영한 결과물이다.
🌀 중성자별이 만날 때: 우주의 ‘종합선물세트’
두 개의 중성자별(각각 태양 질량의 1.25배와 1.65배)이 서로의 중력을 이기지 못하고 점점 가까워진다. 이 과정에서 중력파가 발생하고, 마침내 충돌과 함께 블랙홀이 형성된다.
충돌 직후, 블랙홀 주변에는 회전하는 거대한 물질 디스크가 형성된다. 이곳에서 자기장이 꼬이고 증폭되며, 블랙홀의 회전축을 따라 강력한 **에너지 제트(jet)**가 분출된다. 이 현상은 **감마선 폭발(GRB)**로 이어진다.
“이 자기장 기반 제트는 감마선 폭발의 원인으로 유력합니다. 지금까지의 관측 결과와도 잘 부합하죠.”
— 마사루 시바타 박사, 중력물리학연구소
🌠 다중 우주 신호를 예측하다
이 시뮬레이션의 의미는 단순히 블랙홀을 ‘보여주는 것’에 그치지 않는다. 연구진은 여기서 얻은 데이터를 바탕으로 다음을 예측할 수 있다.
- 📡 중력파 신호
- 💥 감마선 폭발
- 🌈 킬로노바(Kilonova): 금, 백금 등 무거운 원소를 뿜는 빛의 폭발
- 🧊 중성미자 방출
이로 인해 천문학자들은 다중 메신저 천문학(multi-messenger astronomy) 시대에 한 발 더 가까이 다가갔다. 서로 다른 형태의 우주 신호(빛, 중력파, 중성미자)를 동시에 관측하고 해석할 수 있는 기반이 마련된 것이다.
⚛️ 골드의 고향, 킬로노바
2017년 8월, 인류는 역사상 처음으로 중성자별 충돌에서 나오는 킬로노바를 직접 관측했다. 이 폭발에서 나온 물질 속에는 ‘금’과 같은 철보다 무거운 원소가 포함되어 있었고, 이로 인해 우주의 금은 중성자별 충돌에서 탄생한다는 이론이 처음으로 증명되었다.
이번 시뮬레이션은 이러한 현상을 더 정밀하게 예측할 수 있게 해주며, 향후 유사한 사건을 관측할 때 어떤 신호를 어떤 순서로 포착해야 하는지에 대한 지침이 된다.
🔭 우주의 블루프린트를 해독하다
이번 연구를 이끈 하야시 코타 박사는 다음과 같이 설명한다.
“이번 시뮬레이션은 물리 법칙만으로 시작해 충돌 전부터 블랙홀 형성, 제트 분출까지 전체 과정을 자가 발전적으로 구현했습니다. 이는 우리가 미래 관측에 대비할 수 있는 과학적 청사진이 될 것입니다.”
📚 참고문헌
📄 Jet from Binary Neutron Star Merger with Prompt Black Hole Formation
저자: Kota Hayashi, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, Yuichiro Sekiguchi, Masaru Shibata
발행: Physical Review Letters, 2025년 5월 30일
🛰️ 해시태그
#중성자별 #블랙홀탄생 #슈퍼컴퓨터 #후가쿠 #다중메신저 #감마선폭발 #킬로노바 #우주과학 #아인슈타인 #중력파 #골드의기원