Vågor av osäkerhet
I januari i år rapporterades det att LIGO-observatoriet registrerade, möjligen den andra händelsen av sammanslagning av två neutronstjärnor. Denna information ser bra ut i media, men många forskare börjar hysa allvarliga tvivel om tillförlitligheten av upptäckterna av den framväxande "gravitiska vågastronomin".
I april 2019 upptäckte LIGO-detektorn i Livingston, Louisiana, en kombination av objekt belägna cirka 520 miljoner ljusår från jorden. Denna observation, gjord med endast en detektor, vid Hanford, var tillfälligt inaktiverad, och Jungfrun registrerade inte fenomenet, men ansåg det ändå vara en tillräcklig signal för fenomenet.
Signalanalys GW190425 pekade på kollisionen av ett binärt system med en total massa på 3,3 - 3,7 gånger solens massa (1). Detta är klart större än de massor som vanligtvis observeras i binära neutronstjärnsystem i Vintergatan, som är mellan 2,5 och 2,9 solmassor. Det har föreslagits att upptäckten kan representera en population av dubbla neutronstjärnor som inte har observerats tidigare. Alla gillar inte denna multiplikation av varelser bortom nödvändigheten.
1. Visualisering av kollisionen av neutronstjärnan GW190425.
Faktum är att GW190425 registrerades av en enda detektor betyder att forskare inte kunde bestämma den exakta platsen, och det finns inga observationsspår i det elektromagnetiska området, som i fallet med GW170817, den första sammanslagning av två neutronstjärnor som observerades av LIGO (vilket också är tveksamt , men mer om det nedan). Det är möjligt att dessa inte var två neutronstjärnor. Kanske ett av föremålen Svart hål. Kanske båda var det. Men då skulle de vara mindre svarta hål än något känt svart hål, och modeller för bildandet av binära svarta hål skulle behöva byggas om.
Det finns för många av dessa modeller och teorier att anpassa sig till. Eller kanske "gravitationsvågsastronomi" kommer att börja anpassa sig till den vetenskapliga rigoriteten hos de gamla områdena för rymdobservation?
För många falska positiva
Alexander Unzicker (2), en tysk teoretisk fysiker och respekterad populärvetenskaplig författare, skrev på Medium i februari att, trots stora förväntningar, visade gravitationsvågsdetektorerna LIGO och VIRGO (3) inget intressant på ett år, förutom slumpmässiga falska positiva resultat. Enligt forskaren väcker detta allvarliga tvivel om den använda metoden.
Med 2017 års Nobelpris i fysik som tilldelades Rainer Weiss, Barry K. Barish och Kip S. Thorne, verkade frågan om huruvida gravitationsvågor kunde upptäckas vara avgjord en gång för alla. Nobelkommitténs beslut gäller extremt stark signaldetektering GW150914 presenterades på en presskonferens i februari 2016, och den redan nämnda signalen GW170817, som tillskrevs sammanslagning av två neutronstjärnor, eftersom två andra teleskop registrerade en konvergerande signal.
Sedan dess har de gått in i det officiella vetenskapliga systemet för fysik. Upptäckten väckte entusiastiska reaktioner, och en ny era inom astronomi förväntades. Gravitationsvågor var tänkta att vara ett "nytt fönster" till universum, lägga till arsenalen av tidigare kända teleskop och leda till helt nya typer av observationer. Många har jämfört denna upptäckt med Galileos teleskop från 1609. Ännu mer entusiastisk var den ökade känsligheten hos gravitationsvågsdetektorer. Förhoppningarna om dussintals spännande upptäckter och upptäckter under O3-observationscykeln som började i april 2019 var höga. Men än så länge, noterar Unziker, har vi ingenting.
För att vara exakt har ingen av gravitationsvågsignalerna som registrerats under de senaste månaderna verifierats oberoende. Istället fanns det ett oförklarligt stort antal falska positiva och signaler, som sedan nedgraderades. Femton händelser misslyckades i valideringstestet med andra teleskop. Dessutom togs 19 signaler bort från testet.
Vissa av dem ansågs till en början vara mycket betydelsefulla - till exempel uppskattades GW191117j vara en händelse med en sannolikhet på en på 28 miljarder år, för GW190822c - en på 5 miljarder år och för GW200108v - 1 på 100 XNUMX. år. Med tanke på att den aktuella observationsperioden inte ens var ett helt år, finns det många sådana falska positiva resultat. Det kan vara något fel på själva signaleringsmetoden, kommenterar Unziker.
Kriterierna för att klassificera signaler som "fel" är enligt hans mening inte transparenta. Det är inte bara hans åsikt. Den berömda teoretiska fysikern Sabine Hossenfelder, som tidigare har påpekat brister i LIGO-detektordataanalysmetoder, kommenterade på sin blogg: "Det här ger mig huvudvärk, gott folk. Om du inte vet varför din detektor plockar upp något som inte verkar vara vad du förväntar dig, hur kan du lita på den när den ser vad du förväntar dig?
Feltolkning tyder på att det inte finns någon systematisk procedur för att separera faktiska signaler från andra, annat än att undvika flagranta motsägelser med andra observationer. Tyvärr har så många som 53 fall av "kandidatupptäckter" en sak gemensamt - ingen utom reportern märkte detta.
Media tenderar att i förtid fira LIGO/VIRGO upptäckter. När efterföljande analyser och sökningar efter bekräftelse misslyckas, som det har varit i flera månader, finns ingen längre entusiasm eller rättelse i media. I detta mindre effektiva skede visar media inget intresse alls.
Endast en upptäckt är säker
Enligt Unziker, om vi har följt utvecklingen av situationen sedan det högprofilerade öppningsmeddelandet 2016, borde de nuvarande tvivelna inte komma som en överraskning. Den första oberoende utvärderingen av data utfördes av ett team vid Niels Bohr Institutet i Köpenhamn under ledning av Andrew D. Jackson. Deras analys av data avslöjade konstiga korrelationer i de återstående signalerna, vars ursprung är fortfarande oklart, trots lagets påståenden att alla anomalier inkluderade. Signaler genereras när rådata (efter omfattande förbearbetning och filtrering) jämförs med så kallade mallar, det vill säga teoretiskt förväntade signaler från numeriska simuleringar av gravitationsvågor.
Vid analys av data är emellertid en sådan procedur lämplig endast när själva existensen av signalen är fastställd och dess form är exakt känd. Annars är mönsteranalys ett missvisande verktyg. Jackson gjorde detta mycket effektivt under presentationen och jämförde proceduren med automatisk bildigenkänning av bilskyltar. Ja, det är inga problem med korrekt avläsning på en suddig bild, utan bara om alla bilar som passerar i närheten har registreringsskyltar av exakt rätt storlek och stil. Men om algoritmen applicerades på bilder "i naturen" skulle den känna igen registreringsskylten från vilket ljust föremål som helst med svarta fläckar. Detta är vad Unziker tror kan hända med gravitationsvågor.
3. Nätverk av gravitationsvågsdetektorer i världen
Det fanns andra tvivel om signaldetekteringsmetoden. Som svar på kritik utvecklade Köpenhamnsgruppen en metod som använder rent statistiska egenskaper för att upptäcka signaler utan att använda mönster. När den tillämpas är den första incidenten i september 2015 fortfarande tydligt synlig i resultaten, men ... än så länge bara denna. En så stark gravitationsvåg kan kallas "lycka till" strax efter lanseringen av den första detektorn, men efter fem år börjar bristen på ytterligare bekräftade upptäckter skapa oro. Om det inte finns någon statistiskt säkerställd signal under de kommande tio åren, kommer det att finnas första iakttagelsen av GW150915 fortfarande anses vara verklig?
Vissa kommer att säga att det var senare upptäckt av GW170817, det vill säga den termonukleära signalen från en binär neutronstjärna, i överensstämmelse med instrumentella observationer i gammastrålningsområdet och optiska teleskop. Tyvärr finns det många inkonsekvenser: upptäckten av LIGO upptäcktes inte förrän flera timmar efter att andra teleskop hade noterat signalen.
VIRGO-labbet, som lanserades bara tre dagar tidigare, gav ingen igenkännbar signal. Dessutom var det ett nätverksavbrott hos LIGO/VIRGO och ESA samma dag. Det fanns tvivel om signalens kompatibilitet med en neutronstjärnefusion, en mycket svag optisk signal, etc. Å andra sidan hävdar många forskare som studerar gravitationsvågor att riktningsinformationen som erhölls av LIGO var mycket mer exakt än informationen från de andra två teleskopen, och de säger att fyndet inte kunde ha varit oavsiktligt.
För Unziker är det ett ganska oroande sammanträffande att data för både GW150914 och GW170817, de första händelserna i sitt slag som noterades vid stora presskonferenser, erhölls under "onormala" omständigheter och inte kunde återskapas under mycket bättre tekniska förhållanden vid den tiden mätningar av långa serier.
Detta leder till nyheter som en förmodad supernovaexplosion (som visade sig vara en illusion), unik kollision av neutronstjärnordet tvingar forskare att "ompröva år av konventionell visdom" eller till och med ett 70-tal solars svarta hål, som LIGO-teamet kallade en alltför hastig bekräftelse av sina teorier.
Unziker varnar för en situation där gravitationsvågastronomi kommer att få ett skamligt rykte om att tillhandahålla "osynliga" (annars) astronomiska objekt. För att förhindra detta från att hända, erbjuder den större insyn i metoder, publicering av mallarna som används, analysstandarder och inställning av ett utgångsdatum för händelser som inte är oberoende validerade.
