Epävarmuuden aallot

Tämän vuoden tammikuussa ilmoitettiin, että LIGO-observatorio tallensi, mahdollisesti toisen kahden neutronitähden sulautumisen tapahtuman. Tämä tieto näyttää hyvältä tiedotusvälineissä, mutta monet tutkijat alkavat epäillä vakavia epäilyksiä nousevan "gravittisen aallon tähtitieteen" löydösten luotettavuudesta.

Huhtikuussa 2019 LIGO-ilmaisin Livingstonissa, Louisianassa, havaitsi yhdistelmän esineitä, jotka sijaitsevat noin 520 miljoonan valovuoden päässä Maasta. Tämä vain yhdellä detektorilla Hanfordissa tehty havainto poistettiin tilapäisesti, eikä Virgo rekisteröinyt ilmiötä, mutta piti sitä kuitenkin riittävänä signaalina ilmiöstä.

Signaalianalyysi GW190425 osoitti binäärijärjestelmän törmäystä, jonka kokonaismassa on 3,3 - 3,7 kertaa Auringon massa (1). Tämä on selvästi suurempi kuin Linnunradan kaksoisneutronitähtijärjestelmissä yleisesti havaitut massat, jotka ovat 2,5-2,9 auringon massaa. On ehdotettu, että löytö voi edustaa kaksoisneutronitähtien populaatiota, jota ei ole havaittu aiemmin. Kaikki eivät pidä tästä olentojen lisääntymisestä välttämättömänä.

1. Visualisointi neutronitähden GW190425 törmäyksestä.

Tosiasia on, että GW190425 rekisteröitiin yhdellä detektorilla, mikä tarkoittaa, että tutkijat eivät pystyneet määrittämään sijaintia tarkasti, ja sähkömagneettisella alueella ei ole havainnointijälkeä, kuten GW170817:n tapauksessa, LIGO:n havaitseman kahden neutronitähden ensimmäisen sulautumisen tapauksessa (mikä on myös kyseenalaista , mutta siitä lisää alla). On mahdollista, että nämä eivät olleet kaksi neutronitähteä. Ehkä yksi esineistä Musta reikä. Ehkä molemmat olivat. Mutta silloin ne olisivat pienempiä mustia aukkoja kuin mikään tunnettu musta aukko, ja binaaristen mustien aukkojen muodostumismalleja olisi rakennettava uudelleen.

Näitä malleja ja teorioita on liian monta sopeutumiseen. Tai ehkä "gravitaatioaaltotähtitiede" alkaa mukautua vanhojen avaruushavaintoalojen tieteelliseen ankaruuteen?

Liian paljon vääriä positiivisia

Alexander Unziker (2), saksalainen teoreettinen fyysikko ja arvostettu populaaritieteellinen kirjailija, kirjoitti Mediumille helmikuussa, että valtavista odotuksista huolimatta LIGO- ja VIRGO (3) -gravitaatioaaltoilmaisimet eivät osoittaneet mitään kiinnostavaa vuoden aikana, lukuun ottamatta satunnaisia ​​vääriä positiivisia tuloksia. Tiedemiehen mukaan tämä herättää vakavia epäilyjä käytetystä menetelmästä.

Kun vuoden 2017 fysiikan Nobel-palkinto myönnettiin Rainer Weissille, Barry K. Barishille ja Kip S. Thornelle, kysymys gravitaatioaaltojen havaitsemisesta näytti ratkeavan lopullisesti. Nobel-komitean päätös koskee erittäin vahva signaalintunnistus GW150914 esiteltiin lehdistötilaisuudessa helmikuussa 2016, ja jo mainittu signaali GW170817, jonka katsottiin johtuvan kahden neutronitähden yhdistymisestä, koska kaksi muuta teleskooppia tallensivat lähentyvän signaalin.

Siitä lähtien he ovat tulleet fysiikan viralliseen tieteelliseen järjestelmään. Löydöt herättivät innostuneita vastauksia, ja tähtitieteessä odotettiin uutta aikakautta. Gravitaatioaaltojen piti olla "uusi ikkuna" universumiin, lisäten aiemmin tunnettujen teleskooppien arsenaalia ja johtaen täysin uudenlaisiin havaintoihin. Monet ovat verranneet tätä löytöä Galileon vuoden 1609 kaukoputkeen. Vielä innokkaampaa oli gravitaatioaaltoilmaisimien herkkyyden lisääntyminen. Toiveet kymmenistä jännittävistä löydöistä ja havainnoista huhtikuussa 3 alkaneen O2019-havainnointisyklin aikana olivat korkealla. Toistaiseksi meillä ei kuitenkaan ole mitään, Unziker huomauttaa.

Tarkemmin sanottuna yhtäkään viime kuukausien aikana tallennetuista gravitaatioaaltosignaaleista ei ole varmistettu itsenäisesti. Sen sijaan väärien positiivisten ja signaalien määrä oli selittämättömän suuri, ja ne sitten alennettiin. Viisitoista tapahtumaa epäonnistui validointitestissä muilla kaukoputkilla. Lisäksi testistä poistettiin 19 signaalia.

Joitakin niistä pidettiin alun perin erittäin merkittävinä - esimerkiksi GW191117j:n arvioitiin olevan tapahtuma, jonka todennäköisyys on yksi 28 miljardista vuodesta, GW190822c - yksi 5 miljardista vuodesta ja GW200108v - 1:100 XNUMX. vuotta. Ottaen huomioon, että tarkastelujakso ei ollut edes kokonainen vuosi, tällaisia ​​vääriä positiivisia on paljon. Itse signalointimenetelmässä voi olla jotain vikaa, Unziker kommentoi.

Kriteerit signaalien luokittelemiseksi "virheiksi" eivät hänen mielestään ole avoimia. Se ei ole vain hänen mielipiteensä. Tunnettu teoreettinen fyysikko Sabina Hossenfelder, joka on aiemmin korostanut puutteita LIGO-ilmaisindatan analysointimenetelmissä, kommentoi blogissaan: "Tämä aiheuttaa minulle päänsärkyä, ihmiset. Jos et tiedä, miksi ilmaisin havaitsee jotain, jota et odota, kuinka voit luottaa siihen, kun se näkee mitä odotat?

Virhetulkinta viittaa siihen, että todellisten signaalien erottamiseksi muista ei ole olemassa systemaattista menettelyä, paitsi välttää räikeät ristiriidat muiden havaintojen kanssa. Valitettavasti jopa 53 tapauksella "ehdokaslöytöjä" on yksi yhteinen piirre - kukaan muu kuin toimittaja ei huomannut tätä.

Medialla on tapana juhlia ennenaikaisesti LIGO/VIRGON löytöjä. Kun myöhemmät analyysit ja vahvistushaut epäonnistuvat, kuten useiden kuukausien ajan, mediassa ei ole enää innostusta tai korjausta. Tässä vähemmän tehokkaassa vaiheessa media ei osoita lainkaan kiinnostusta.

Vain yksi havainto on varma

Jos olemme seuranneet tilanteen kehitystä vuonna 2016 julkistetun avajaisilmoituksen jälkeen, Unzikerin mukaan nykyisten epäilysten ei pitäisi tulla yllätyksenä. Ensimmäisen riippumattoman tietojen arvioinnin suoritti Andrew D. Jacksonin johtama tiimi Niels Bohr Institutessa Kööpenhaminassa. Heidän tietojen analyysinsä paljasti outoja korrelaatioita jäljellä olevissa signaaleissa, joiden alkuperä on edelleen epäselvä, vaikka ryhmä väitti, että kaikki poikkeavuudet mukaan lukien. Signaalit syntyvät, kun raakadataa (laajuisen esikäsittelyn ja suodatuksen jälkeen) verrataan ns. templateihin, eli teoreettisesti odotettuihin signaaleihin gravitaatioaaltojen numeerisista simulaatioista.

Tietoa analysoitaessa tällainen menettely on kuitenkin tarkoituksenmukainen vain silloin, kun signaalin olemassaolo on todettu ja sen muoto tiedetään tarkasti. Muuten kuvioanalyysi on harhaanjohtava työkalu. Jackson teki tästä erittäin tehokkaan esityksen aikana vertaamalla menettelyä auton rekisterikilpien automaattiseen kuvantunnistukseen. Kyllä, sumean kuvan tarkassa lukemisessa ei ole ongelmaa, mutta vain jos kaikissa lähistöllä kulkevissa autoissa on täsmälleen oikeankokoiset ja -tyyliset rekisterikilvet. Jos algoritmia kuitenkin sovellettaisiin kuviin "luonnossa", se tunnistaisi rekisterikilven mistä tahansa kirkkaasta kohteesta, jossa on mustia täpliä. Näin Unziker uskoo voivan tapahtua gravitaatioaalloille.

3. Gravitaatioaallonilmaisimien verkosto maailmassa

Signaalintunnistusmenetelmässä oli muitakin epäilyksiä. Vastauksena kritiikkiin Kööpenhaminan ryhmä kehitti menetelmän, joka käyttää puhtaasti tilastollisia ominaisuuksia signaalien havaitsemiseen ilman kuvioita. Sovellettaessa syyskuun 2015 ensimmäinen tapaus näkyy vielä selvästi tuloksissa, mutta ... toistaiseksi vain tämä. Tällaista voimakasta gravitaatioaaltoa voidaan kutsua "onneksi" pian ensimmäisen ilmaisimen laukaisun jälkeen, mutta viiden vuoden kuluttua uusien vahvistettujen löydösten puute alkaa aiheuttaa huolta. Jos tilastollisesti merkitsevää signaalia ei ole seuraavan kymmenen vuoden aikana, tuleeko GW150915:n ensimmäinen näkemys pidetään edelleen todellisena?

Jotkut sanovat, että se oli myöhemmin GW170817:n havaitseminen, eli binäärisen neutronitähden lämpöydinsignaali, joka on yhdenmukainen gammasäteilyn instrumentaalisten havaintojen ja optisten teleskooppien kanssa. Valitettavasti on monia epäjohdonmukaisuuksia: LIGO havaittiin vasta useita tunteja sen jälkeen, kun muut teleskoopit olivat havainneet signaalin.

Vain kolme päivää aiemmin käynnistetty VIRGO-laboratorio ei antanut tunnistettavaa signaalia. Lisäksi LIGO/VIRGO:ssa ja ESA:ssa oli samana päivänä verkkokatkos. Epäiltiin signaalin yhteensopivuutta neutronitähden sulautumisen, erittäin heikon optisen signaalin jne. kanssa. Toisaalta monet gravitaatioaaltoja tutkivat tiedemiehet väittävät, että LIGO:n saama suuntatieto oli paljon tarkempaa kuin neutronitähtien yhteensopivuus. kaksi muuta teleskooppia, ja he sanovat, että löytö ei voinut olla sattumaa.

Unzikerille on melko huolestuttava yhteensattuma, että tiedot sekä GW150914:stä että GW170817:stä, ensimmäisistä tämän tyyppisistä tapahtumista suurissa lehdistötilaisuuksissa, saatiin "epänormaaleissa" olosuhteissa, eikä niitä voitu tuottaa tuolloin paljon paremmissa teknisissä olosuhteissa. pitkien sarjojen mittaukset.

Tämä johtaa uutisiin, kuten oletettu supernovaräjähdys (joka osoittautui illuusioksi), ainutlaatuinen neutronitähtien törmäysse pakottaa tutkijat "ajattelemaan uudelleen vuosien tavanomaista viisautta" tai jopa 70 auringon mustaa aukkoa, jota LIGO-tiimi kutsui liian hätäiseksi teorioidensa vahvistukseksi.

Unziker varoittaa tilanteesta, jossa gravitaatioaaltotähtitiede saa surullisen maineen "näkymättömien" (muuten) tähtitieteellisten esineiden tarjoajana. Tämän estämiseksi se tarjoaa enemmän menetelmien läpinäkyvyyttä, käytettyjen mallien julkaisemista, analyysistandardeja ja vanhenemispäivän asettamista tapahtumille, joita ei ole itsenäisesti validoitu.