Valovi negotovosti

Januarja letos so poročali, da je observatorij LIGO zabeležil, morda drugi dogodek združitve dveh nevtronskih zvezd. Ta informacija je v medijih videti super, a mnogi znanstveniki začenjajo resno dvomiti o zanesljivosti odkritij nastajajoče "astronomije gravitacijskih valov".

Aprila 2019 je detektor LIGO v Livingstonu v Louisiani zaznal kombinacijo predmetov, ki se nahajajo približno 520 milijonov svetlobnih let od Zemlje. To opazovanje, opravljeno samo z enim detektorjem, v Hanfordu, je bilo začasno onemogočeno, Devica pa tega pojava ni registrirala, a je kljub temu menila, da je zadosten signal za pojav.

Analiza signala GW190425 opozoril na trk binarnega sistema s skupno maso 3,3 - 3,7-kratne mase Sonca (1). To je očitno večje od mas, ki jih običajno opazimo v binarnih sistemih nevtronskih zvezd v Rimski cesti, ki so med 2,5 in 2,9 sončne mase. Predlagano je bilo, da odkritje morda predstavlja populacijo dvojnih nevtronskih zvezd, ki je še niso opazili. Ni vsakomur všeč to množenje bitij preko potrebe.

1. Vizualizacija trka nevtronske zvezde GW190425.

Dejstvo je, da GW190425 je bil zabeležen z enim detektorjem, pomeni, da znanstveniki niso mogli natančno določiti lokacije in ni sledi opazovanja v elektromagnetnem območju, kot v primeru GW170817, prve združitve dveh nevtronskih zvezd, ki jo je opazil LIGO (kar je tudi dvomljivo , a več o tem spodaj). Možno je, da to nista bili dve nevtronski zvezdi. Morda eden od predmetov Črna luknja. Mogoče sta bila oba. Toda takrat bi bile manjše črne luknje kot katera koli znana črna luknja, zato bi bilo treba ponovno zgraditi modele za nastanek binarnih črnih lukenj.

Teh modelov in teorij je preveč, da bi se jim prilagodili. Ali pa se bo morda "astronomija gravitacijskih valov" začela prilagajati znanstveni strogosti starih področij opazovanja vesolja?

Preveč lažnih pozitivnih rezultatov

Alexander Unziker (2), nemški teoretični fizik in ugleden poljudnoznanstveni pisatelj, je februarja za Medium zapisal, da detektorja gravitacijskih valov LIGO in VIRGO (3) kljub velikim pričakovanjem v enem letu nista pokazala nič zanimivega, razen naključnih lažno pozitivnih rezultatov. Po mnenju znanstvenika to vzbuja resne dvome o uporabljeni metodi.

Z Nobelovo nagrado za fiziko za leto 2017, ki so jo prejeli Rainer Weiss, Barry K. Barish in Kip S. Thorne, se je zdelo, da je vprašanje, ali je mogoče zaznati gravitacijske valove, enkrat za vselej rešeno. Odločitev Nobelovega odbora zadeva izjemno močno zaznavanje signala GW150914 predstavljen na tiskovni konferenci februarja 2016, in že omenjeni signal GW170817, ki so ga pripisali združitvi dveh nevtronskih zvezd, saj sta druga dva teleskopa posnela konvergentni signal.

Od takrat so vstopili v uradno znanstveno shemo fizike. Odkritja so vzbudila navdušene odzive in pričakovano je bilo novo obdobje v astronomiji. Gravitacijski valovi naj bi bili "novo okno" v vesolje, ki bi dodalo arzenal prej znanih teleskopov in vodilo do povsem novih vrst opazovanja. Mnogi so to odkritje primerjali z Galilejevim teleskopom iz leta 1609. Še bolj navdušena je bila povečana občutljivost detektorjev gravitacijskih valov. Upanja na desetine vznemirljivih odkritij in odkritij med ciklom opazovanja O3, ki se je začela aprila 2019, so bila velika. Vendar zaenkrat, ugotavlja Unziker, nimamo ničesar.

Natančneje, noben od signalov gravitacijskih valov, posnetih v zadnjih nekaj mesecih, ni bil neodvisno preverjen. Namesto tega je bilo nerazložljivo veliko število lažnih pozitivnih rezultatov in signalov, ki so bili nato znižani. Petnajst dogodkov je padlo na validacijskem testu z drugimi teleskopi. Poleg tega so iz testa odstranili 19 signalov.

Nekateri so bili sprva zelo pomembni – na primer, GW191117j je bil ocenjen kot dogodek z verjetnostjo enega na 28 milijard let, za GW190822c – enega na 5 milijard let, za GW200108v pa 1 od 100. let. Glede na to, da obravnavano obdobje opazovanja ni bilo niti celo leto, je takšnih lažno pozitivnih veliko. Morda je kaj narobe s samo metodo signalizacije, komentira Unziker.

Merila za razvrščanje signalov med "napake" po njegovem mnenju niso pregledna. To ni samo njegovo mnenje. Priznana teoretična fizika Sabina Hossenfelder, ki je že prej opozarjala na pomanjkljivosti metod analize podatkov detektorjev LIGO, je na svojem blogu komentirala: »To me boli glava, ljudje. Če ne veste, zakaj vaš detektor zazna nekaj, česar ne pričakujete, kako mu lahko zaupate, ko vidi, kar pričakujete?

Razlaga napak kaže, da ni sistematičnega postopka za ločevanje dejanskih signalov od drugih, razen da bi se izognili očitnim protislovjem z drugimi opažanji. Žal pa ima kar 53 primerov »odkritij kandidatov« eno skupno točko – tega ni opazil nihče razen poročevalca.

Mediji ponavadi prezgodaj praznujejo odkritja LIGO/VIRGO. Ko naknadne analize in iskanje potrditve ne uspejo, kot že nekaj mesecev, v medijih ni več navdušenja ali popravka. V tej manj učinkoviti fazi mediji sploh ne kažejo zanimanja.

Zagotovo je le eno odkrivanje

Če bomo spremljali razvoj situacije od odmevne otvoritvene objave leta 2016, po besedah ​​Unzikerja trenutni dvomi ne bi smeli biti presenečeni. Prvo neodvisno vrednotenje podatkov je izvedla skupina na Inštitutu Niels Bohr v Kopenhagnu pod vodstvom Andrewa D. Jacksona. Njihova analiza podatkov je pokazala čudne korelacije v preostalih signalih, katerih izvor še vedno ni jasen, kljub trditvam ekipe, da vključene vse anomalije. Signali nastanejo, ko neobdelane podatke (po obsežni predhodni obdelavi in ​​filtriranju) primerjamo s tako imenovanimi šablonami, torej teoretično pričakovanimi signali iz numeričnih simulacij gravitacijskih valov.

Pri analizi podatkov pa je tak postopek primeren le, če je ugotovljen sam obstoj signala in je natančno znana njegova oblika. V nasprotnem primeru je analiza vzorcev zavajajoče orodje. Jackson je to med predstavitvijo naredil zelo učinkovito in primerjal postopek s samodejnim prepoznavanjem slik avtomobilskih registrskih tablic. Da, z natančnim odčitavanjem zamegljene slike ni težav, vendar le, če imajo vsi avtomobili, ki gredo v bližini, registrske tablice točno prave velikosti in sloga. Če pa bi algoritem uporabili za slike "v naravi", bi prepoznal registrsko tablico iz katerega koli svetlega predmeta s črnimi pikami. Unziker meni, da se to lahko zgodi gravitacijskim valovom.

3. Mreža detektorjev gravitacijskih valov v svetu

Pojavili so se tudi drugi dvomi glede metodologije zaznavanja signala. Kot odgovor na kritike je kopenhagenska skupina razvila metodo, ki uporablja izključno statistične značilnosti za odkrivanje signalov brez uporabe vzorcev. Ob prijavi je v rezultatih še vedno jasno viden prvi incident septembra 2015, vendar ... zaenkrat le ta. Tako močnemu gravitacijskemu valu lahko kmalu po izstrelitvi prvega detektorja rečemo "srečno", a po petih letih začne pomanjkanje nadaljnjih potrjenih odkritij vzbujati skrb. Če v naslednjih desetih letih ne bo statistično pomembnega signala, bo prvi ogled GW150915 še vedno velja za resničnega?

Nekateri bodo rekli, da je bilo to kasneje zaznavanje GW170817, to je termonuklearni signal dvojne nevtronske zvezde, skladen z instrumentalnimi opazovanji v območju žarkov gama in optičnimi teleskopi. Na žalost je veliko nedoslednosti: odkrivanje LIGO je bilo odkrito šele nekaj ur po tem, ko so drugi teleskopi opazili signal.

Laboratorij VIRGO, ki je bil zagnan le tri dni prej, ni dal prepoznavnega signala. Poleg tega je isti dan prišlo do izpada omrežja v LIGO/VIRGO in ESA. Pojavljali so se dvomi o združljivosti signala z združitvijo nevtronskih zvezd, zelo šibkim optičnim signalom itd. Po drugi strani pa mnogi znanstveniki, ki preučujejo gravitacijske valove, trdijo, da je bila informacija o smeri, ki jo je pridobil LIGO, veliko natančnejša od informacij o druga dva teleskopa in pravijo, da najdba ni mogla biti naključna.

Za Unziker je precej moteče naključje, da so bili podatki za GW150914 in GW170817, prva tovrstna dogodka, zabeležena na večjih tiskovnih konferencah, pridobljeni v »nenormalnih« okoliščinah in jih takrat ni bilo mogoče reproducirati v veliko boljših tehničnih pogojih. meritve dolgih serij.

To vodi do novic, kot je domnevna eksplozija supernove (ki se je izkazala za iluzijo), edinstven trk nevtronskih zvezdsili znanstvenike, da "premislijo o letih običajne modrosti" ali celo o črni luknji s 70 sončnimi žarki, kar je ekipa LIGO imenovala prenagljena potrditev svojih teorij.

Unziker opozarja na situacijo, v kateri bo astronomija gravitacijskih valov pridobila zloglasen sloves zagotavljanja »nevidnih« (sicer) astronomskih objektov. Da se to ne bi zgodilo, ponuja večjo preglednost metod, objavo uporabljenih predlog, standardov analize in nastavitev datuma poteka za dogodke, ki niso neodvisno potrjeni.