우주론 시뮬레이션

2026년 봄학기 약 두 달 동안, 부산대학교 사범대학교 지구과학교육과의 심준섭 교수님께서 Fortran 시뮬레이션으로 생성하신 Friends-of-Friends (FoF) 헤일로 카탈로그 바이너리 파일을 Python 환경에서 읽고, 플롯으로 정리하는 보조 연구를 수행했습니다.

주요 목표는 완성된 그림을 단순히 재현하거나 히스토그램만 그리는 것이 아니라 바이너리 데이터와 그 구조를 이해하고, 카탈로그의 입자 수, 좌표, 보조 텐서 정보를 질량, 거리쌍, 방향성 및 시각화 척도로 바꾸어 HMF와 2pCF 플롯으로 구성해 보는 것이었습니다. 이 과정에서 고윳값 분해, 행렬·텐서 대칭화, 추정량, 주기적 경계 조건, 대량 배열 처리도 함께 배웠습니다.

제가 작성한 코드의 일부는 GitHub, youngjinphys/FoF_Simulation_Plot 레포지토리에 업로드 예정입니다.

코드 기준으로 공개 가능한 입력은 헤일로별 입자 수 $N_p$, 격자 좌표 $\mathbf{x}_\mathrm{grid}$, 그리고 카탈로그의 xx, qq second-moment tensor 블록이었습니다. 기본 변환은 $M_\mathrm{FoF}=N_p m_p$, $\mathbf{x}=\mathbf{x}_\mathrm{grid}L_\mathrm{box}/N_\mathrm{grid}$였습니다.

HMF 플롯은 로그 질량 bin마다 $\Delta N$을 세고, $dn/d\log_{10}M \approx \Delta N/(V_\mathrm{box}\Delta\log_{10}M)$ 형태로 부피와 bin 폭을 나누었습니다. 2pCF는 거리 bin별 $DD$, $DR$, $RR$을 세고, 정규화된 pair count에 대해 $\hat{\xi}_\mathrm{LS}(r)=(DD-2DR+RR)/RR$를 적용했습니다.

헤일로 크기 표시는 xx와 qq를 각각 3x3 대칭 행렬로 만든 뒤 고윳값 $\lambda_i$를 사용했습니다. 코드의 스케일 진단에 따라 xx는 입자 수가 곱해진 Eulerian second moment로 보고 $a_i=L_\mathrm{box}\sqrt{\lambda_i/N_p}$, qq는 입자 평균 Lagrangian second moment로 보고 $a_i=L_\mathrm{box}\sqrt{\lambda_i}$를 principal RMS half-axis로 사용했습니다. shape 통계에서는 $s=c/a$, $q=b/a$, $T=(a^2-b^2)/(a^2-c^2)$를 계산했지만, 이 값들은 시각화와 학습용 요약량이지 peer-reviewed 물리 결론으로 공개하지 않았습니다.

짧은 기간이었지만 연구 데이터를 다뤄볼 기회와 적극적으로 지도해주신 심준섭 교수님께 감사드립니다.