Bølger af usikkerhed

I januar i år blev det rapporteret, at LIGO-observatoriet registrerede, muligvis den anden begivenhed af fusionen af ​​to neutronstjerner. Denne information ser godt ud i medierne, men mange videnskabsmænd er begyndt at være alvorlige i tvivl om pålideligheden af ​​opdagelserne af den nye "gravitiske bølge-astronomi".

I april 2019 opdagede LIGO-detektoren i Livingston, Louisiana en kombination af objekter placeret omkring 520 millioner lysår fra Jorden. Denne observation, foretaget med kun én detektor, ved Hanford, blev midlertidigt deaktiveret, og Jomfruen registrerede ikke fænomenet, men anså det alligevel for et tilstrækkeligt signal om fænomenet.

Signalanalyse GW190425 pegede på kollisionen af ​​et binært system med en samlet masse på 3,3 - 3,7 gange Solens masse (1). Dette er klart større end de masser, der almindeligvis observeres i binære neutronstjernesystemer i Mælkevejen, som er mellem 2,5 og 2,9 solmasser. Det er blevet foreslået, at opdagelsen kan repræsentere en population af dobbeltneutronstjerner, som ikke er blevet observeret før. Ikke alle kan lide denne multiplikation af væsener ud over nødvendigheden.

1. Visualisering af kollisionen af ​​neutronstjernen GW190425.

Fakta er, at GW190425 blev registreret af en enkelt detektor betyder, at forskerne ikke var i stand til nøjagtigt at bestemme placeringen, og der er ingen observationsspor i det elektromagnetiske område, som i tilfældet med GW170817, den første sammensmeltning af to neutronstjerner observeret af LIGO (hvilket også er tvivlsomt) , men mere om det nedenfor). Det er muligt, at disse ikke var to neutronstjerner. Måske en af ​​genstandene Sort hul. Måske var begge dele. Men så ville de være mindre sorte huller end noget kendt sort hul, og modeller for dannelsen af ​​binære sorte huller skulle genopbygges.

Der er for mange af disse modeller og teorier til at tilpasse sig. Eller måske vil "gravitationsbølgeastronomi" begynde at tilpasse sig den videnskabelige stringens i de gamle felter for rumobservation?

For mange falske positiver

Alexander Unziker (2), en tysk teoretisk fysiker og respekteret populærvidenskabelig skribent, skrev på Medium i februar, at på trods af store forventninger viste gravitationsbølgedetektorerne LIGO og VIRGO (3) intet interessant på et år, bortset fra tilfældige falske positiver. Det rejser ifølge videnskabsmanden alvorlig tvivl om den anvendte metode.

Med Nobelprisen i fysik i 2017 tildelt Rainer Weiss, Barry K. Barish og Kip S. Thorne, syntes spørgsmålet om, hvorvidt gravitationsbølger kunne detekteres, at være afgjort én gang for alle. Nobelkomiteens beslutning vedrører ekstrem stærk signaldetektion GW150914 præsenteret på en pressekonference i februar 2016, og det allerede nævnte signal GW170817, som blev tilskrevet fusionen af ​​to neutronstjerner, da to andre teleskoper optog et konvergerende signal.

Siden da er de gået ind i det officielle videnskabelige skema for fysik. Opdagelserne fremkaldte entusiastiske reaktioner, og en ny æra inden for astronomi var forventet. Gravitationsbølger skulle være et "nyt vindue" til universet, hvilket tilføjede arsenalet af tidligere kendte teleskoper og førte til helt nye typer observation. Mange har sammenlignet denne opdagelse med Galileos 1609-teleskop. Endnu mere entusiastisk var den øgede følsomhed af gravitationsbølgedetektorer. Forhåbningerne om snesevis af spændende opdagelser og påvisninger under O3-observationscyklussen, der begyndte i april 2019, var høje. Men indtil videre, bemærker Unziker, har vi intet.

For at være præcis er ingen af ​​gravitationsbølgesignalerne registreret i løbet af de sidste par måneder blevet uafhængigt verificeret. I stedet var der et uforklarligt højt antal falske positiver og signaler, som så blev nedgraderet. Femten begivenheder mislykkedes i valideringstesten med andre teleskoper. Derudover blev 19 signaler fjernet fra testen.

Nogle af dem blev oprindeligt betragtet som meget betydningsfulde - for eksempel blev GW191117j anslået til at være en begivenhed med en sandsynlighed på én ud af 28 milliarder år, for GW190822c – én ud af 5 milliarder år, og for GW200108v – 1 ud af 100. flere år. I betragtning af, at den betragtede observationsperiode ikke engang var et helt år, er der mange sådanne falske positiver. Der kan være noget galt med selve signaleringsmetoden, kommenterer Unziker.

Kriterierne for at klassificere signaler som "fejl" er efter hans mening ikke gennemsigtige. Det er ikke kun hans mening. Den kendte teoretiske fysiker Sabina Hossenfelder, som tidligere har påpeget mangler i LIGO-detektordataanalysemetoder, kommenterede på sin blog: "Dette giver mig hovedpine, folkens. Hvis du ikke ved, hvorfor din detektor opfanger noget, der ikke ser ud til at være, hvad du forventer, hvordan kan du så stole på den, når den ser, hvad du forventer?

Fejlfortolkning tyder på, at der ikke er nogen systematisk procedure til at adskille faktiske signaler fra andre, udover at undgå åbenlyse modsigelser med andre observationer. Desværre har hele 53 tilfælde af "kandidatopdagelser" én ting til fælles - ingen undtagen reporteren har bemærket dette.

Medierne har en tendens til for tidligt at fejre LIGO/VIRGO opdagelser. Når efterfølgende analyser og søgninger efter bekræftelse fejler, som det har været i flere måneder, er der ikke mere begejstring eller rettelse i medierne. I denne mindre effektive fase viser medierne ingen interesse overhovedet.

Kun én påvisning er sikker

Ifølge Unziker, hvis vi har fulgt udviklingen i situationen siden den højprofilerede åbningsmeddelelse i 2016, bør den aktuelle tvivl ikke komme som en overraskelse. Den første uafhængige evaluering af dataene blev udført af et team på Niels Bohr Institutet i København ledet af Andrew D. Jackson. Deres analyse af dataene afslørede mærkelige sammenhænge i de resterende signaler, hvis oprindelse stadig er uklar, på trods af holdets påstande om, at alle uregelmæssigheder inkluderet. Signaler genereres, når rådata (efter omfattende forbehandling og filtrering) sammenlignes med såkaldte skabeloner, det vil sige teoretisk forventede signaler fra numeriske simuleringer af gravitationsbølger.

Men når man analyserer data, er en sådan procedure kun passende, når selve eksistensen af ​​signalet er fastslået, og dets form er nøjagtigt kendt. Ellers er mønsteranalyse et misvisende værktøj. Jackson gjorde dette meget effektivt under præsentationen, idet han sammenlignede proceduren med automatisk billedgenkendelse af bilers nummerplader. Ja, der er ikke noget problem med nøjagtig aflæsning på et sløret billede, men kun hvis alle de biler, der passerer i nærheden, har nummerplader af den helt rigtige størrelse og stil. Men hvis algoritmen blev anvendt på billeder "i naturen", ville den genkende nummerpladen fra enhver lys genstand med sorte pletter. Dette er, hvad Unziker tror, ​​kan ske med gravitationsbølger.

3. Netværk af gravitationsbølgedetektorer i verden

Der var andre tvivl om signaldetektionsmetoden. Som svar på kritikken udviklede Københavnergruppen en metode, der bruger rent statistiske karakteristika til at opdage signaler uden brug af mønstre. Når den anvendes, er den første hændelse i september 2015 stadig tydeligt synlig i resultaterne, men ... indtil videre kun denne. En så stærk gravitationsbølge kan kaldes "held og lykke" kort efter lanceringen af ​​den første detektor, men efter fem år begynder manglen på yderligere bekræftede opdagelser at give anledning til bekymring. Hvis der ikke er et statistisk signifikant signal inden for de næste ti år, vil der være det første observation af GW150915 stadig betragtes som ægte?

Nogle vil sige, at det var senere påvisning af GW170817, det vil sige det termonukleare signal fra en binær neutronstjerne, i overensstemmelse med instrumentelle observationer i gamma-stråleområdet og optiske teleskoper. Desværre er der mange uoverensstemmelser: påvisningen af ​​LIGO blev først opdaget flere timer efter, at andre teleskoper havde noteret signalet.

VIRGO-laboratoriet, der kun blev lanceret tre dage tidligere, gav intet genkendeligt signal. Derudover var der et netværksudfald hos LIGO/VIRGO og ESA samme dag. Der var tvivl om foreneligheden af ​​signalet med en neutronstjernefusion, et meget svagt optisk signal osv. På den anden side hævder mange forskere, der studerer gravitationsbølger, at retningsinformationen opnået af LIGO var meget mere nøjagtig end informationen fra de to andre teleskoper, og de siger, at fundet ikke kunne have været tilfældigt.

For Unziker er det en ret foruroligende tilfældighed, at dataene for både GW150914 og GW170817, de første begivenheder af denne art noteret på store pressekonferencer, blev opnået under "unormale" omstændigheder og ikke kunne gengives under meget bedre tekniske forhold på det tidspunkt. målinger af lange serier.

Dette fører til nyheder som en formodet supernovaeksplosion (som viste sig at være en illusion), unik kollision af neutronstjernerdet tvinger videnskabsmænd til at "genoverveje år med konventionel visdom" eller endda et 70-solar sort hul, som LIGO-teamet kaldte for forhastet bekræftelse af deres teorier.

Unziker advarer om en situation, hvor gravitationsbølgeastronomi vil få et berygtet ry for at levere "usynlige" (ellers) astronomiske objekter. For at forhindre dette i at ske, tilbyder det større gennemsigtighed af metoder, offentliggørelse af de anvendte skabeloner, analysestandarder og fastsættelse af en udløbsdato for hændelser, der ikke er uafhængigt validerede.