Bølger av usikkerhet

I januar i år ble det rapportert at LIGO-observatoriet registrerte, muligens den andre hendelsen av sammenslåingen av to nøytronstjerner. Denne informasjonen ser bra ut i media, men mange forskere begynner å ha alvorlige tvil om påliteligheten til oppdagelsene av den nye "gravitiske bølge-astronomi".

I april 2019 oppdaget LIGO-detektoren i Livingston, Louisiana, en kombinasjon av objekter som ligger rundt 520 millioner lysår fra Jorden. Denne observasjonen, gjort med bare én detektor, ved Hanford, ble midlertidig deaktivert, og Jomfruen registrerte ikke fenomenet, men anså det likevel som et tilstrekkelig signal om fenomenet.

Signalanalyse GW190425 pekte på kollisjonen av et binært system med en totalmasse på 3,3 - 3,7 ganger solens masse (1). Dette er klart større enn massene som vanligvis observeres i binære nøytronstjernesystemer i Melkeveien, som er mellom 2,5 og 2,9 solmasser. Det har blitt antydet at funnet kan representere en populasjon av doble nøytronstjerner som ikke har blitt observert før. Ikke alle liker denne multiplikasjonen av vesener utover nødvendighet.

1. Visualisering av kollisjonen av nøytronstjernen GW190425.

Faktum er at GW190425 ble registrert av en enkelt detektor betyr at forskere ikke var i stand til å bestemme plasseringen nøyaktig, og det er ingen observasjonsspor i det elektromagnetiske området, som i tilfellet med GW170817, den første sammenslåingen av to nøytronstjerner observert av LIGO (som også er tvilsomt) , men mer om det nedenfor). Det er mulig at dette ikke var to nøytronstjerner. Kanskje en av gjenstandene Svart hull. Kanskje begge var det. Men da ville de være mindre sorte hull enn noe kjent sort hull, og modeller for dannelse av binære sorte hull måtte bygges om.

Det er for mange av disse modellene og teoriene til å tilpasse seg. Eller kanskje "gravitasjonsbølgeastronomi" vil begynne å tilpasse seg den vitenskapelige strengheten til de gamle feltene for romobservasjon?

For mange falske positiver

Alexander Unziker (2), en tysk teoretisk fysiker og respektert populærvitenskapelig forfatter, skrev på Medium i februar at til tross for store forventninger, viste gravitasjonsbølgedetektorene LIGO og VIRGO (3) ikke noe interessant på et år, bortsett fra tilfeldige falske positiver. Ifølge forskeren reiser dette alvorlig tvil om metoden som er brukt.

Med Nobelprisen i fysikk i 2017 tildelt Rainer Weiss, Barry K. Barish og Kip S. Thorne, virket spørsmålet om gravitasjonsbølger kunne oppdages å være avgjort en gang for alle. Avgjørelsen til Nobelkomiteen gjelder ekstremt sterk signaldeteksjon GW150914 presentert på en pressekonferanse i februar 2016, og det allerede nevnte signalet GW170817, som ble tilskrevet sammenslåingen av to nøytronstjerner, siden to andre teleskoper registrerte et konvergerende signal.

Siden den gang har de gått inn i det offisielle vitenskapelige skjemaet for fysikk. Funnene fremkalte entusiastiske reaksjoner, og en ny æra innen astronomi var ventet. Gravitasjonsbølger skulle være et "nytt vindu" til universet, og legge til arsenalet av tidligere kjente teleskoper og føre til helt nye typer observasjon. Mange har sammenlignet denne oppdagelsen med Galileos 1609-teleskop. Enda mer entusiastisk var den økte følsomheten til gravitasjonsbølgedetektorer. Håpet om dusinvis av spennende funn og påvisninger i løpet av O3-observasjonssyklusen som begynte i april 2019 var høye. Men så langt, bemerker Unziker, har vi ingenting.

For å være presis har ingen av gravitasjonsbølgesignalene registrert de siste månedene blitt uavhengig verifisert. I stedet var det et uforklarlig høyt antall falske positiver og signaler, som deretter ble nedgradert. Femten hendelser mislyktes i valideringstesten med andre teleskoper. I tillegg ble 19 signaler fjernet fra testen.

Noen av dem ble i utgangspunktet ansett som svært betydningsfulle - for eksempel ble GW191117j estimert til å være en hendelse med en sannsynlighet på én på 28 milliarder år, for GW190822c – én på 5 milliarder år, og for GW200108v – 1 på 100 XNUMX. år. Tatt i betraktning at observasjonsperioden under vurdering ikke engang var et helt år, er det mange slike falske positiver. Det kan være noe galt med selve signaleringsmetoden, kommenterer Unziker.

Kriteriene for å klassifisere signaler som «feil» er etter hans mening ikke transparente. Det er ikke bare hans mening. Den anerkjente teoretiske fysikeren Sabina Hossenfelder, som tidligere har påpekt mangler ved LIGO-detektordataanalysemetoder, kommenterte på bloggen sin: «Dette gir meg hodepine, folkens. Hvis du ikke vet hvorfor detektoren din fanger opp noe du ikke forventer, hvordan kan du stole på den når den ser det du forventer?

Feiltolkning antyder at det ikke finnes noen systematisk prosedyre for å skille faktiske signaler fra andre, annet enn å unngå åpenbare motsetninger med andre observasjoner. Dessverre har så mange som 53 tilfeller av «kandidatfunn» én ting til felles – ingen bortsett fra reporteren la merke til dette.

Media har en tendens til å feire LIGO/VIRGO-funnene for tidlig. Når påfølgende analyser og søk etter bekreftelse mislykkes, slik det har vært i flere måneder, er det ikke mer entusiasme eller korrigering i media. I dette mindre effektive stadiet viser media ingen interesse i det hele tatt.

Bare én påvisning er sikker

I følge Unziker, hvis vi har fulgt utviklingen av situasjonen siden den høyprofilerte åpningskunngjøringen i 2016, bør den aktuelle tvilen ikke komme som en overraskelse. Den første uavhengige evalueringen av dataene ble utført av et team ved Niels Bohr Institute i København ledet av Andrew D. Jackson. Deres analyse av dataene avslørte merkelige korrelasjoner i de gjenværende signalene, hvis opprinnelse fortsatt er uklar, til tross for teamets påstander om at alle uregelmessigheter inkludert. Signaler genereres når rådata (etter omfattende forbehandling og filtrering) sammenlignes med såkalte maler, det vil si teoretisk forventede signaler fra numeriske simuleringer av gravitasjonsbølger.

Men når man analyserer data, er en slik prosedyre hensiktsmessig bare når selve eksistensen av signalet er etablert og dets form er nøyaktig kjent. Ellers er mønsteranalyse et misvisende verktøy. Jackson gjorde dette veldig effektivt under presentasjonen, og sammenlignet prosedyren med automatisk bildegjenkjenning av bilskilt. Ja, det er ikke noe problem med nøyaktig avlesning på et uskarpt bilde, men bare hvis alle bilene som passerer i nærheten har skilt med nøyaktig riktig størrelse og stil. Men hvis algoritmen ble brukt på bilder "i naturen", ville den gjenkjenne lisensplaten fra ethvert lyst objekt med svarte flekker. Dette er hva Unziker tror kan skje med gravitasjonsbølger.

3. Nettverk av gravitasjonsbølgedetektorer i verden

Det var andre tvil om metoden for signaldeteksjon. Som svar på kritikken utviklet København-gruppen en metode som bruker rent statistiske egenskaper for å oppdage signaler uten bruk av mønstre. Ved bruk er den første hendelsen i september 2015 fortsatt godt synlig i resultatene, men ... så langt bare denne. En så sterk gravitasjonsbølge kan kalles «lykke til» kort tid etter lanseringen av den første detektoren, men etter fem år begynner mangelen på ytterligere bekreftede funn å skape bekymring. Hvis det ikke er et statistisk signifikant signal de neste ti årene, vil det være det første observasjon av GW150915 fortsatt ansett som ekte?

Noen vil si at det var senere påvisning av GW170817, det vil si det termonukleære signalet til en binær nøytronstjerne, i samsvar med instrumentelle observasjoner i gammastråleområdet og optiske teleskoper. Dessverre er det mange inkonsekvenser: påvisningen av LIGO ble ikke oppdaget før flere timer etter at andre teleskoper hadde registrert signalet.

VIRGO-laben, som ble lansert bare tre dager tidligere, ga ingen gjenkjennelig signal. I tillegg var det et nettverksbrudd hos LIGO/VIRGO og ESA samme dag. Det var tvil om signalets kompatibilitet med en nøytronstjernesammenslåing, et veldig svakt optisk signal osv. På den annen side hevder mange forskere som studerer gravitasjonsbølger at retningsinformasjonen som ble oppnådd av LIGO var mye mer nøyaktig enn informasjonen til de to andre teleskopene, og de sier at funnet ikke kan ha vært tilfeldig.

For Unziker er det en ganske urovekkende tilfeldighet at dataene for både GW150914 og GW170817, de første hendelsene av denne typen notert på store pressekonferanser, ble innhentet under "unormale" omstendigheter og ikke kunne reproduseres under mye bedre tekniske forhold på den tiden. målinger av lange serier.

Dette fører til nyheter som en antatt supernovaeksplosjon (som viste seg å være en illusjon), unik kollisjon av nøytronstjernerdet tvinger forskere til å "tenke om år med konvensjonell visdom" eller til og med et 70-solar sort hull, som LIGO-teamet kalte for forhastet bekreftelse av teoriene deres.

Unziker advarer om en situasjon der gravitasjonsbølgeastronomi vil få et beryktet rykte for å gi "usynlige" (ellers) astronomiske objekter. For å forhindre at dette skjer, tilbyr det større åpenhet om metoder, publisering av malene som brukes, analysestandarder og å angi en utløpsdato for hendelser som ikke er uavhengig validert.