| 초록 |
연구는 크게 (1) 우주 재이온화기에 발생하는 현상의 이론적 계산 및 (2) 이에 따른 관측량 예측으로 진행되었다. (1) 우주 재이온화기에 발생하는 현상의 이론적 계산 • 수치 시뮬레이션을 통한 이론적 계산 - 수치 시뮬레이션은 대형화를 추진하였다. 이는 재이온화 과정의 결과로 나타나는 구조가 우주론적 규모로서 매우 크며, 따라서 이론적 예측 역시 이에 걸맞는 규모의 시뮬레이션 상자를 사용하여야 통계적 신뢰도를 높일 수 있기 때문이다. 연구 기간 동안 시뮬레이션 상자의 크기를 늘여가며 계산을 발전시켰고, 이에 따른 수치 해상도의 저하는 따로 이를 극복할 수 있는 방법(분해되지 않는 헤일로의 수를 밀도환경에 기반하여 준해석적 계산)을 개발, 적용함으로써 시뮬레이션 대형화의 걸림돌을 제거하였다. - 수치 시뮬레이션의 다변화를 위하여 중형 규모 상자에서의 시뮬레이션도 수행하였다. 이로써 수치 해상도를 높여 은하 형성 계산의 신뢰도를 높였고, 상자의 밀도환경을 세 가지(평균밀도, 고밀도, 저밀도)로 두어 밀도환경에 따른 은하 형성률의 변화 및 재이온화 정도의 변화를 살폈다. • 밀도 요동의 초기조건 이론적 계산 (본 연구비 사사 논문은 아니지만 관련이 깊어 기술함) - 2010년 Tseliakhovich Hirata의 계산으로 암흑 물질과 바리온 사이의 속도 차이가, 난장이 헤일로의 발생 원인이 되는 밀도 요동에 영향을 미칠 수 있음이 발견되었다. - 본 연구자는 상기 계산에서 밀도 환경의 영향이 제대로 고려되지 않음을 발견하고 이를 개선한 계산 결과를 논문으로 발표하였다. 이에 따르면 밀도환경은 상기한 암흑물질-바리온 속도 차이에 더하여 밀도 요동의 진화에 강한 영향을 미친다. 난장이 헤일로는 초기별이 태어나는 곳이고, 초기별이 우주 재이온화의 초기 진화를 결정하므로, 결국 우주 재이온화의 시나리오에 새로운 요소를 고려하여야 함을 밝힌 것이다. 추후 다체/유체 구조 형성 계산을 위한 초기 조건 생성기 형태로 발전시킬 예정이다. (2) 수치 시뮬레이션에 기반한 관측 예측 • 대형 시뮬레이션 결과를 통한 관측 예측 - 수치 시뮬레이션은 대형화는 대략 2.5° 각크기에 해당하는 규모로 수행되었다. 재이온화 과정 중에 점차 커지며 자라나는 거대 HII 영역이 시뮬레이션 되었고, 이온화 되지 않은 중성수소에서 발생하는 21cm선이 진화 과정에 따라 어떤 모습을 그리는지에 대한 예측을 수행하였다. LOFAR, MWA, SKA등의 대형 전파 망원경들이 이 구조를 어떤 정밀도로 관측할 수 있는지 각 망원경의 감도를 고려하여 예측을 수행하였다. 주파수 밴드와 일정 각크기 안의 데이터 병합시 21cm 배경복사의 모습이 어떻게 변하며 관측 가능한지를 상기한 망원경별로 수행하였다. • 중형 시뮬레이션 결과를 통한 관측 예측 - 중형 규모의 수치 시뮬레이션을 통하여, 재이온화 초기를 담당하는 초기별 생성이 집중적으로 이루어지는 고밀도 영역 주위에서 어떠한 형태의 21cm 복사선 지도가 형성되는지 예측하였다. 이 지도는 상기한 HII 영역 발생에 따른 21cm 복사선 지도와 매우 다른 형태로 발생함을 밝혔다. 또한 이들 초기별 무리가 UV 복사원으로만 작용하는지, 아니면 블랙홀 형성을 통한 X선 복사원으로도 작용하는지에 따라 21cm 복사선 지도가 아주 다른 양상을 보임을 밝혔다. 또한 이는 SKA가 아니면 감도가 낮아 관측이 어렵고, SKA라 하더라도 감도를 최적으로 끌어올려야 관측이 가능해짐을 밝혔다. (출처 : I. 연구결과 요약문 3p) |
