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[IT뉴스]거대 블랙홀 간의 중력파, 미시 물리개념으로 풀어

온카뱅크관리자

2025-05-16 03:07:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">독일 연구팀, ‘네이처’에 발표블랙홀서 발생한 상호작용 계산<br>‘칼라비-야우 다양체’ 개념 활용… 역대 가장 정밀한 근사치 구해<br>미시세계 입자와 유사성 발견… 중력파 모형화해 우주현상 연구<br>고성능 컴퓨팅 자원도 큰 도움</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="uaq4X6OJ3U">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c369ac2e63237af6943bf31623a3b60b25e595758e3f15a3a7776e1d82b73ebb" dmcf-pid="7NB8ZPIi3p" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="두 블랙홀이 스쳐 지나갈 때 방출되는 중력파의 에너지를 시뮬레이션한 그림. 두 블랙홀은 중력 때문에 궤적이 휘어진다. 그림에서 어두울수록 에너지가 높다. 중력파를 정밀하게 모형화하면 블랙홀의 충돌 등 복잡한 우주 현상에 대한 이해를 심화할 수 있다. 마티아스 드리세·독일 훔볼트대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/16/donga/20250516030311708bfet.png" data-org-width="680" dmcf-mid="UizfH8sdpu" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/16/donga/20250516030311708bfet.png" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            두 블랙홀이 스쳐 지나갈 때 방출되는 중력파의 에너지를 시뮬레이션한 그림. 두 블랙홀은 중력 때문에 궤적이 휘어진다. 그림에서 어두울수록 에너지가 높다. 중력파를 정밀하게 모형화하면 블랙홀의 충돌 등 복잡한 우주 현상에 대한 이해를 심화할 수 있다. 마티아스 드리세·독일 훔볼트대 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="a0a6e402a18b0f3eeb922977eb4059088d5544e1ef8ea99369e26e851ea08fb2" dmcf-pid="zc9QtMlo70" dmcf-ptype="general">
           독일 연구팀이 가까이 스쳐가는 두 블랙홀 사이에서 일어나는 상호작용을 역대 가장 높은 정밀도로 시뮬레이션하는 데 성공했다. 컴퓨터 정보처리 단위인 코어의 연산 시간을 모두 합치면 30만 시간이 넘는다. 이번 연구에는 우주의 기본 입자 간 상호작용을 나타내는 수학적 개념이 활용돼 과학계를 놀라게 했다. 거대 천체인 블랙홀과 매우 작은 규모의 미시세계에서 움직이는 입자에서 유사성이 발견된 것이다.
          </div>
          <p contents-hash="bd2d3c072e368b7279d23e23d9f71eff95260696c0732232a2aae32a07b95e11" dmcf-pid="qk2xFRSgU3" dmcf-ptype="general">얀 플레프카 독일 훔볼트대 물리학연구소 교수팀은 두 블랙홀이 서로 근접해 지나갈 때 방출되는 중력파를 입자물리학 개념을 도입해서 정밀하게 묘사하는 데 성공하고 연구결과를 14일(현지 시간) 국제 학술지 ‘네이처’에 공개했다.</p>
          <p contents-hash="bb6ee266229429647f1caa58f12cbdbdbfd31844f839c696def30abd7536b825" dmcf-pid="BEVM3eva3F" dmcf-ptype="general">중력파는 블랙홀이나 중성자별처럼 질량이 매우 큰 물체의 속도가 변하거나 서로 병합, 충돌할 때 우주에 퍼지는 시공간의 파동을 말한다. 약 100년 전 아인슈타인이 예측한 중력파의 존재를 실제 관측으로 확인한 과학자들이 2017년 노벨 물리학상을 받기도 했다. 중력파를 정밀하게 모형화하면 블랙홀의 충돌 등 우주 현상에 대한 이해를 심화할 수 있다.</p>
          <p contents-hash="e3afe82973f840b0daa8fb3f6a51ae7cec01b41a7b7e3bbdb4c69107994c3419" dmcf-pid="bDfR0dTN7t" dmcf-ptype="general">과거 뉴턴이 정립한 고전 역학에서는 물체의 에너지와 각운동량 등 물리량이 보존되기 때문에 두 물체의 운동과 상호작용을 나타내는 ‘2체 문제’를 정확히 풀어낼 수 있다. 이와 달리 아인슈타인의 상대성이론으로 설명되는 천체인 블랙홀 2개의 충돌 과정은 고전 역학에서처럼 물리량이 보존되지 않아 기존 2체 문제 해법으로는 설명하기 어렵다.</p>
          <p contents-hash="0ebf68b134a999456828250e1b8c761426958a5db01e275e43542cb390761230" dmcf-pid="Kw4epJyjU1" dmcf-ptype="general">두 블랙홀의 상호작용은 개념적으로 단순하지만 수학적으로 표현하기 까다롭다. 과학자들은 보통 블랙홀에서 관측된 중력파 데이터를 활용해 근사치를 구하는 방식으로 블랙홀의 움직임을 설명한다.</p>
          <p contents-hash="08d899d114307b6c648da03ad317f5c34749478205de49389a628e0b0a472a46" dmcf-pid="9r8dUiWA35" dmcf-ptype="general">연구팀은 매우 작은 규모에서 우주의 기본 입자 사이의 상호작용과 특성을 표현하는 수학적 개념인 ‘칼라비-야우 다양체(Calabi-Yau manifold)’를 도입해 두 블랙홀이 가까워질 때 방출되는 중력파를 정밀하게 계산하는 데 성공했다. 칼라비-야우 다양체는 우주의 모든 물질이 1차원의 끈으로 이뤄졌다는 ‘초끈 이론’에서 등장하는 6차원 공간을 말한다. 그동안 순수한 수학적 개념으로 여겨졌던 칼라비-야우 다양체가 실제 천체물리 현상을 설명하는 데 적용됐다는 점이 특징이다.</p>
          <p contents-hash="ee853add1d260a0455a67a6454684f04e3dbb9c80c8117ef6422af86c178c9c6" dmcf-pid="2m6JunYc0Z" dmcf-ptype="general">국내 중력파 연구자인 이형목 서울대 물리천문학부 교수는 “블랙홀 문제와 입자물리학 문제 사이에 유사성이 있다는 말은 예전부터 있었다”며 “칼라비-야우 다양체는 입자들 사이의 상호작용 계산에서 사용되는 개념인데 이를 블랙홀 문제에 응용해 아주 정밀한 근삿값을 구하는 방법론을 제시한 것”이라고 설명했다. 이번 연구결과는 중력파 관측 데이터를 해석하는 데 사용하는 모델을 개선해 중력파를 활용한 천문학 연구와 발견에 기여할 것으로 기대된다. 이 교수는 “중력파를 분석하려면 먼저 중력파형을 계산해야 하는데 이때 막대한 연산이 필요하다”며 “중력파형을 빨리, 정밀하게 계산하는 방법을 개발한 것”이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="b4c0ecc6893ca0d70e9961efcb3843e3a56964012a4dedd0407515afab3e8d46" dmcf-pid="VsPi7LGkpX" dmcf-ptype="general">최신 컴퓨팅 기술을 기반으로 한 계산물리학이 큰 역할을 했다는 평가도 이어졌다. 이번 연구에는 독일 베를린 추제연구소의 고성능 컴퓨팅 자원이 활용됐다. 논문 제1저자인 마티아스 드리세 훔볼트대 물리학연구소 박사과정생은 “컴퓨팅 자원 접근 가능성이 프로젝트 성공의 핵심”이라고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="2f9446c2591c5667476610fe6965d237aab939ea08e5b622af10b4dbb45208df" dmcf-pid="f5AsMIBWpH" dmcf-ptype="general">이병구 동아사이언스 기자 2bottle9@donga.com </p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아일보. All rights reserved. 무단 전재, 재배포 및 AI학습 이용 금지</p>

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