Κύματα αβεβαιότητας

Τον Ιανουάριο του τρέχοντος έτους, αναφέρθηκε ότι το παρατηρητήριο LIGO κατέγραψε αυτό που μπορεί να είναι το δεύτερο γεγονός της συγχώνευσης δύο αστέρων νετρονίων. Αυτές οι πληροφορίες φαίνονται υπέροχες στα μέσα ενημέρωσης, αλλά πολλοί επιστήμονες αρχίζουν να έχουν σοβαρές αμφιβολίες σχετικά με την αξιοπιστία των ανακαλύψεων της εκκολαπτόμενης «αστρονομίας βαρυτικών κυμάτων».

Τον Απρίλιο του 2019, ο ανιχνευτής LIGO στο Λίβινγκστον της Λουιζιάνα ανακάλυψε έναν συνδυασμό αντικειμένων που βρίσκονται περίπου 520 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Αυτή η παρατήρηση, που έγινε σε έναν μόνο ανιχνευτή, στο Hanford, απενεργοποιήθηκε προσωρινά και η Παρθένος δεν κατέγραψε το φαινόμενο, αλλά παρόλα αυτά θεωρήθηκε επαρκές σήμα του φαινομένου.

Ανάλυση σήματος GW190425 έδειξε τη σύγκρουση ενός δυαδικού συστήματος με συνολική μάζα 3,3 - 3,7 φορές τη μάζα του Ήλιου (1). Αυτό είναι σαφώς μεγαλύτερο από τις μάζες που παρατηρούνται συνήθως στα συστήματα δυαδικών αστέρων νετρονίων στον Γαλαξία μας, που είναι μεταξύ 2,5 και 2,9 ηλιακών μαζών. Έχει προταθεί ότι η ανακάλυψη μπορεί να αντιπροσωπεύει έναν πληθυσμό διπλών άστρων νετρονίων που δεν έχει παρατηρηθεί πριν. Δεν αρέσει σε όλους αυτός ο πολλαπλασιασμός των όντων πέρα ​​από την ανάγκη.

1. Οπτικοποίηση της σύγκρουσης του αστέρα νετρονίων GW190425.

Γεγονός είναι ότι GW190425 καταλήφθηκε από έναν ανιχνευτή σημαίνει ότι οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να εντοπίσουν την τοποθεσία και δεν υπάρχει παρατηρητική υπογραφή στην ηλεκτρομαγνητική περιοχή, όπως συνέβη με το GW170817, την πρώτη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων που παρατηρήθηκε από το LIGO (η οποία είναι επίσης αμφισβητήσιμη, αλλά περισσότερα για αυτό παρακάτω). Είναι πιθανό ότι δεν ήταν δύο αστέρια νετρονίων. Ίσως ένα από τα αντικείμενα Μαύρη τρύπα. Ίσως ήταν και τα δύο. Αλλά τότε θα ήταν μικρότερες μαύρες τρύπες από οποιαδήποτε γνωστή μαύρη τρύπα και τα μοντέλα του σχηματισμού δυαδικών μαύρων τρυπών θα έπρεπε να ξαναχτιστούν.

Υπάρχουν πάρα πολλά από αυτά τα μοντέλα και θεωρίες για προσαρμογή. Ή μήπως η «αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων» θα αρχίσει να προσαρμόζεται στις επιστημονικές ακαμψίες παλαιότερων πεδίων διαστημικής παρατήρησης;

Πάρα πολλά ψευδώς θετικά

Ο Alexander Unsicker (2), Γερμανός θεωρητικός φυσικός και έγκριτος συγγραφέας δημοφιλών επιστημονικών κειμένων, έγραψε τον Φεβρουάριο στον ιστότοπο Medium ότι, παρά τις τεράστιες προσδοκίες, οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO και VIRGO (3) δεν έχουν δείξει τίποτα ενδιαφέρον εδώ και ένα χρόνο. εκτός από τα τυχαία ψευδώς θετικά. Σύμφωνα με τον επιστήμονα, αυτό εγείρει σοβαρές αμφιβολίες για τη μέθοδο που χρησιμοποιείται.

Με την απονομή του Βραβείου Νόμπελ Φυσικής το 2017 στους Rainer Weiss, Barry K. Barish και Kip S. Thorne, το ερώτημα αν μπορούσαν να ανιχνευθούν βαρυτικά κύματα φάνηκε να έχει διευθετηθεί οριστικά. Η απόφαση της Επιτροπής Νόμπελ αφορά εξαιρετικά ισχυρή ανίχνευση σήματος GW150914 παρουσιάστηκε σε συνέντευξη Τύπου τον Φεβρουάριο του 2016, και το ήδη αναφερθέν σήμα GW170817, το οποίο αποδόθηκε στη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων, αφού δύο άλλα τηλεσκόπια κατέγραψαν ένα συγκλίνον σήμα.

Από τότε έχουν μπει στο επίσημο επιστημονικό σχήμα της φυσικής. Οι ανακαλύψεις προκάλεσαν ενθουσιώδεις αντιδράσεις και αναμενόταν μια νέα εποχή στην αστρονομία. Τα βαρυτικά κύματα υποτίθεται ότι θα γίνουν ένα «νέο παράθυρο» στο Σύμπαν, προσθέτοντας στο οπλοστάσιο των προηγουμένως γνωστών τηλεσκοπίων και οδηγώντας σε εντελώς νέους τύπους παρατήρησης. Πολλοί συνέκριναν αυτή την ανακάλυψη με το τηλεσκόπιο του Galileo το 1609. Ακόμη πιο συναρπαστική ήταν η αύξηση της ευαισθησίας των ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων. Οι ελπίδες ήταν μεγάλες για δεκάδες συναρπαστικές ανακαλύψεις και ανακαλύψεις κατά τη διάρκεια του κύκλου παρατήρησης του O3 που ξεκίνησε τον Απρίλιο του 2019. Ωστόσο, προς το παρόν, σημειώνει ο Unzicker, δεν έχουμε τίποτα.

Για την ακρίβεια, κανένα από τα σήματα βαρυτικών κυμάτων που εντοπίστηκαν τους τελευταίους μήνες δεν έχει επαληθευτεί ανεξάρτητα. Αντίθετα, υπήρξε ένας ανεξήγητα μεγάλος αριθμός ψευδών θετικών και σημάτων που στη συνέχεια υποβαθμίστηκαν. Δεκαπέντε συμβάντα απέτυχαν στη δοκιμή επικύρωσης με άλλα τηλεσκόπια. Επιπλέον, από τον έλεγχο αφαιρέθηκαν 19 σήματα.

Ορισμένα από αυτά θεωρήθηκαν αρχικά πολύ σημαντικά - για παράδειγμα, το GW191117j εκτιμήθηκε ότι είχε ένα γεγονός πιθανότητας ένα στα 28 δισεκατομμύρια χρόνια, το GW190822c είχε πιθανότητα ένα στα 5 δισεκατομμύρια χρόνια και το GW200108v είχε πιθανότητα 1 στα 100 δισεκατομμύρια χρόνια. χρόνια. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η εν λόγω περίοδος παρατήρησης δεν ήταν ούτε ένας ολόκληρος χρόνος, υπάρχουν πολλά τέτοια ψευδώς θετικά στοιχεία. Μπορεί να υπάρχει κάτι λάθος με τον τρόπο αναφοράς των σημάτων, σχολιάζει ο Unzicker.

Τα κριτήρια για την ταξινόμηση των σημάτων ως «λάθη», κατά τη γνώμη του, δεν είναι διαφανή. Αυτή δεν είναι μόνο η γνώμη του. Η διάσημη θεωρητική φυσική Sabine Hossenfelder, η οποία έχει επισημάνει στο παρελθόν ελαττώματα στις τεχνικές ανάλυσης δεδομένων ανιχνευτών LIGO, σχολίασε στο ιστολόγιό της: «Μου προκαλεί πονοκέφαλο, παιδιά. Αν δεν ξέρετε γιατί ο ανιχνευτής σας βλέπει κάτι που δεν φαίνεται να είναι αυτό που περιμένετε, πώς μπορείτε να τον εμπιστευτείτε για να δει αυτό που περιμένετε;».

Η ερμηνεία σφαλμάτων υποδηλώνει ότι δεν υπάρχει συστηματική διαδικασία για τον διαχωρισμό των πραγματικών σημάτων από άλλα, εκτός από την αποφυγή κατάφωρων αντιφάσεων με άλλες παρατηρήσεις. Δυστυχώς, έως και 53 περιπτώσεις «ανακαλύψεων υποψηφίων» έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό - κανείς εκτός από τον ρεπόρτερ δεν το παρατήρησε.

Τα μέσα ενημέρωσης τείνουν να γιορτάζουν πρόωρα τις ανακαλύψεις LIGO/VIRGO. Όταν οι επόμενες αναλύσεις και οι αναζητήσεις για επιβεβαίωση αποτυγχάνουν, όπως συμβαίνει εδώ και μήνες, δεν υπάρχει πια ενθουσιασμός ή διόρθωση στα ΜΜΕ. Τα μέσα ενημέρωσης δεν δείχνουν καθόλου ενδιαφέρον για αυτό το λιγότερο αποτελεσματικό στάδιο.

Μόνο μία ανίχνευση είναι αναμφισβήτητη

Σύμφωνα με τον Unzicker, αν παρακολουθούμε την κατάσταση από τη μεγάλη ανακοίνωση των εγκαινίων το 2016, οι τρέχουσες αμφιβολίες δεν πρέπει να εκπλήσσονται. Η πρώτη ανεξάρτητη αξιολόγηση των δεδομένων πραγματοποιήθηκε από μια ομάδα του Ινστιτούτου Niels Bohr στην Κοπεγχάγη, με επικεφαλής τον Andrew D. Jackson. Η ανάλυση των δεδομένων τους αποκάλυψε περίεργους συσχετισμούς στα υπόλοιπα σήματα, η προέλευση των οποίων είναι ακόμα ασαφής, παρά τους ισχυρισμούς της ομάδας ότι περιλαμβάνονται όλες οι ανωμαλίες. Τα σήματα παράγονται όταν τα ακατέργαστα δεδομένα (μετά από εκτεταμένη προεπεξεργασία και φιλτράρισμα) συγκρίνονται με τα λεγόμενα πρότυπα, δηλαδή τα θεωρητικά αναμενόμενα σήματα από αριθμητικές προσομοιώσεις βαρυτικών κυμάτων.

Ωστόσο, κατά την ανάλυση δεδομένων, μια τέτοια διαδικασία είναι κατάλληλη μόνο όταν διαπιστωθεί η ίδια η ύπαρξη του σήματος και το σχήμα του είναι επακριβώς γνωστό. Διαφορετικά, η ανάλυση προτύπων είναι ένα παραπλανητικό εργαλείο. Ο Τζάκσον το έκανε πολύ αποτελεσματικό κατά την παρουσίασή του, συγκρίνοντας τη διαδικασία με την αυτόματη αναγνώριση εικόνων πινακίδων κυκλοφορίας. Ναι, δεν υπάρχουν προβλήματα με την ακριβή ανάγνωση από μια θολή εικόνα, αλλά μόνο εάν όλα τα αυτοκίνητα που περνούν κοντά έχουν πινακίδες κυκλοφορίας ακριβώς του ίδιου μεγέθους και στυλ. Ωστόσο, εάν ο αλγόριθμος εφαρμοζόταν σε εικόνες "στην άγρια ​​φύση", θα αναγνώριζε την πινακίδα κυκλοφορίας από οποιοδήποτε φωτεινό αντικείμενο με μαύρα στίγματα. Αυτό πιστεύει ο Unzicker ότι μπορεί να συμβαίνει με τα βαρυτικά κύματα.

3. Δίκτυο ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων στον κόσμο

Υπήρχαν άλλες ανησυχίες σχετικά με τη μεθοδολογία ανίχνευσης σήματος. Ως απάντηση στην κριτική, η ομάδα της Κοπεγχάγης ανέπτυξε μια μέθοδο που χρησιμοποιεί καθαρά στατιστικά χαρακτηριστικά για την ανίχνευση σημάτων χωρίς τη χρήση μοτίβων. Όταν εφαρμοστεί, τα αποτελέσματα εξακολουθούν να δείχνουν ξεκάθαρα το πρώτο περιστατικό του Σεπτεμβρίου 2015, αλλά... μόνο αυτό προς το παρόν. Ένα τόσο ισχυρό βαρυτικό κύμα μπορεί να θεωρείται «τύχη» αμέσως μετά την εκτόξευση του πρώτου ανιχνευτή, αλλά μετά από πέντε χρόνια η έλλειψη περαιτέρω επιβεβαιωμένων ανακαλύψεων γίνεται αιτία ανησυχίας. Εάν δεν υπάρξει στατιστικά σημαντικό σήμα τα επόμενα δέκα χρόνια, θα υπάρξει πρώτη ανίχνευση του GW150915 εξακολουθεί να θεωρείται πραγματικό;

Κάποιοι θα πουν ότι ήταν αργότερα ανίχνευση GW170817, δηλαδή ένα θερμοπυρηνικό σήμα από ένα δυαδικό άστρο νετρονίων, σύμφωνο με τις παρατηρήσεις οργάνων στην περιοχή των ακτίνων γάμμα και τα οπτικά τηλεσκόπια. Δυστυχώς, υπάρχουν πολλές ασυνέπειες: η ανίχνευση του LIGO ανακαλύφθηκε μόνο λίγες ώρες αφότου άλλα τηλεσκόπια είχαν σημειώσει το σήμα.

Το εργαστήριο VIRGO, που ξεκίνησε μόλις τρεις ημέρες νωρίτερα, δεν παρήγαγε κανένα αναγνωρίσιμο σήμα. Επιπλέον, τα LIGO/VIRGO και ESA αντιμετώπισαν αστοχίες δικτύου την ίδια μέρα. Υπήρχαν αμφιβολίες σχετικά με τη συμβατότητα του σήματος με μια συγχώνευση αστεριών νετρονίων, ένα πολύ αδύναμο οπτικό σήμα κ.λπ. Από την άλλη πλευρά, πολλοί επιστήμονες που μελετούν τα βαρυτικά κύματα ισχυρίζονται ότι οι κατευθυντικές πληροφορίες που ελήφθησαν από το LIGO ήταν πολύ πιο ακριβείς από αυτές του άλλου δύο τηλεσκόπια, και λένε ότι η ανακάλυψη δεν θα μπορούσε να ήταν τυχαία.

Για την Unziker, είναι μια μάλλον ανησυχητική σύμπτωση ότι τα δεδομένα τόσο για το GW150914 όσο και για το GW170817, τα πρώτα γεγονότα του είδους τους που επισημάνθηκαν σε μεγάλες συνεντεύξεις τύπου, λήφθηκαν υπό «μη φυσιολογικές» συνθήκες και δεν μπορούσαν να αναπαραχθούν κάτω από πολύ καλύτερες τεχνικές συνθήκες στο μετρήσεις χρονολογικής σειράς.

Αυτό οδηγεί σε ειδήσεις όπως η υποτιθέμενη έκρηξη σουπερνόβα (η οποία αποδείχθηκε ψευδαίσθηση), μοναδική σύγκρουση αστεριών νετρονίωναναγκάζει τους επιστήμονες να «ξανασκεφτούν χρόνια αποδεκτής γνώσης» ή ακόμα και τη μαύρη τρύπα 70 ηλιακής μάζας, την οποία η ομάδα LIGO χαρακτήρισε μια πολύ βιαστική επιβεβαίωση των θεωριών τους.

Ο Unzicker προειδοποιεί για μια κατάσταση όπου η αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων κερδίζει τη δυσφημία της παροχής «αλλιώς αόρατων» αστρονομικών αντικειμένων. Για να μην συμβεί αυτό, προτείνει μεγαλύτερη διαφάνεια των μεθόδων, δημοσίευση των χρησιμοποιούμενων προτύπων, πρότυπα ανάλυσης και ορισμό ημερομηνίας λήξης για συμβάντα που δεν επαληθεύονται ανεξάρτητα.