Ebakindluse lained
Selle aasta jaanuaris teatati, et LIGO observatoorium registreeris tõenäoliselt teise kahe neutrontähe ühinemise sündmuse. See teave näib meedias suurepärane, kuid paljud teadlased on hakanud tõsiselt kahtlema tärkava "gravitalainete astronoomia" avastuste usaldusväärsuses.
2019. aasta aprillis tuvastas Louisiana osariigis Livingstonis asuv LIGO detektor Maast umbes 520 miljoni valgusaasta kaugusel asuvate objektide kombinatsiooni. See vaid ühe detektoriga Hanfordis tehtud vaatlus oli ajutiselt keelatud ja Virgo nähtust ei registreerinud, kuid pidas seda siiski piisavaks signaaliks nähtuse kohta.
Signaalianalüüs GW190425 osutas kahendsüsteemi kokkupõrkele, mille kogumass on 3,3–3,7 korda suurem Päikese massist (1). See on selgelt suurem kui Linnutee kaksikneutrontähtede süsteemides tavaliselt täheldatud massid, mis jäävad 2,5–2,9 päikese massi vahele. On oletatud, et avastus võib esindada topeltneutrontähtede populatsiooni, mida pole varem täheldatud. Kõigile ei meeldi selline olendite paljunemine üle vajaduse.
1. Neutrontähe GW190425 kokkupõrke visualiseerimine.
Fakt on see, et GW190425 registreeriti ühe detektoriga, tähendab, et teadlased ei suutnud asukohta täpselt kindlaks määrata ja elektromagnetilises vahemikus pole vaatlusjälgi, nagu GW170817 puhul, mis on LIGO poolt täheldatud kahe neutrontähe esimene ühinemine (mis on samuti kaheldav , aga sellest lähemalt allpool). Võimalik, et need polnud kaks neutrontähte. Võib-olla üks objektidest Must auk. Võib-olla olid mõlemad. Kuid siis oleksid need väiksemad mustad augud kui ükski teadaolev must auk ja binaarsete mustade aukude tekkemudelid tuleks uuesti üles ehitada.
Neid mudeleid ja teooriaid on liiga palju, et nendega kohaneda. Või ehk hakkab "gravitatsioonilaine astronoomia" kohanema vanade kosmosevaatluste valdkondade teadusliku rangusega?
Liiga palju valepositiivseid tulemusi
Saksa teoreetiline füüsik ja tunnustatud populaarteaduslik kirjanik Alexander Unziker (2) kirjutas veebruaris ajakirjas Medium, et vaatamata tohututele ootustele ei näidanud gravitatsioonilainete detektorid LIGO ja VIRGO (3) aasta jooksul midagi huvitavat, välja arvatud juhuslikud valepositiivsed tulemused. Teadlase sõnul tekitab see kasutatud meetodi osas tõsiseid kahtlusi.
Kuna 2017. aasta Nobeli füüsikaauhind anti Rainer Weissile, Barry K. Barishile ja Kip S. Thorne’ile, näis küsimus, kas gravitatsioonilaineid on võimalik tuvastada, lõplikult lahendatud olevat. Nobeli komitee otsus puudutab äärmiselt tugeva signaali tuvastamine GW150914 2016. aasta veebruaris pressikonverentsil esitletud ja juba mainitud signaal GW170817, mis omistati kahe neutrontähe ühinemisele, kuna kaks teist teleskoopi salvestasid koonduva signaali.
Sellest ajast alates on nad sisenenud füüsika ametlikku teadusskeemi. Avastused kutsusid esile entusiastlikke vastukajasid ja astronoomias oli oodata uut ajastut. Gravitatsioonilained pidid olema "uus aken" universumisse, lisades varem tuntud teleskoopide arsenali ja viinud täiesti uut tüüpi vaatlusteni. Paljud on seda avastust võrrelnud Galileo 1609. aasta teleskoobiga. Veelgi entusiastlikum oli gravitatsioonilainete detektorite suurenenud tundlikkus. 3. aasta aprillis alanud O2019 vaatlustsükli jooksul olid lootused kümnetele põnevatele avastustele ja avastustele suured. Seni pole meil aga midagi, märgib Unziker.
Täpsustuseks võib öelda, et ühtegi viimaste kuude jooksul registreeritud gravitatsioonilaine signaali pole sõltumatult kontrollitud. Selle asemel oli seletamatult palju valepositiivseid signaale ja signaale, mis seejärel langetati. Viisteist sündmust ebaõnnestusid teiste teleskoopide valideerimistestis. Lisaks eemaldati testist 19 signaali.
Mõnda neist peeti algselt väga oluliseks – näiteks hinnati GW191117j sündmuseks üks 28 miljardi aasta kohta, GW190822c puhul üks 5 miljardi aasta kohta ja GW200108v puhul 1 100 XNUMX kohta. aastat. Arvestades, et vaatlusperiood ei olnud isegi terve aasta, on selliseid valepositiivseid tulemusi palju. Signaalmeetodis endas võib midagi viga olla, kommenteerib Unziker.
Signaalide "vigadeks" klassifitseerimise kriteeriumid ei ole tema hinnangul läbipaistvad. See pole ainult tema arvamus. Tunnustatud teoreetiline füüsik Sabina Hossenfelder, kes on varemgi juhtinud tähelepanu puudujääkidele LIGO detektoriandmete analüüsimeetodites, kommenteeris oma blogis: „See valmistab mulle peavalu, inimesed. Kui te ei tea, miks teie detektor tuvastab midagi, mida te ei oota, siis kuidas saate seda usaldada, kui see näeb seda, mida te ootate?
Vea tõlgendamine viitab sellele, et tegelike signaalide eraldamiseks teistest pole süstemaatilist protseduuri, välja arvatud selleks, et vältida ilmseid vastuolusid teiste vaatlustega. Kahjuks on koguni 53 "kandidaatide avastamise" juhtumil üks ühine joon – peale reporteri ei märganud seda keegi.
Meedia kipub LIGO/VIRGO avastusi enneaegselt tähistama. Kui hilisemad analüüsid ja kinnituse otsingud ebaõnnestuvad, nagu see on olnud juba mitu kuud, pole meedias enam entusiasmi ega korrektsiooni. Selles vähem tõhusas etapis ei näita meedia üldse huvi.
Kindel on ainult üks tuvastamine
Kui oleme jälginud olukorra arengut alates 2016. aasta kõrgetasemelisest avateatest, ei tohiks Unzikeri sõnul praegused kahtlused tulla üllatusena. Andmete esimese sõltumatu hindamise viis läbi Kopenhaageni Niels Bohri Instituudi meeskond, mida juhtis Andrew D. Jackson. Nende andmete analüüs näitas kummalisi korrelatsioone ülejäänud signaalides, mille päritolu on endiselt ebaselge, hoolimata meeskonna väidetest, et kõik kõrvalekalded kaasa arvatud. Signaalid tekivad siis, kui toorandmeid (pärast ulatuslikku eeltöötlust ja filtreerimist) võrreldakse nn mallidega, st teoreetiliselt oodatud signaalidega gravitatsioonilainete numbrilistest simulatsioonidest.
Kuid andmete analüüsimisel on selline protseduur asjakohane ainult siis, kui signaali olemasolu on kindlaks tehtud ja selle kuju on täpselt teada. Vastasel juhul on mustrianalüüs eksitav tööriist. Jackson muutis selle esitlusel väga tõhusaks, võrreldes seda protseduuri auto numbrimärkide automaatse pildituvastusega. Jah, hägusel pildil pole täpse lugemisega probleemi, aga ainult siis, kui kõikidel lähedusest mööduvatel autodel on täpselt õige suuruse ja stiiliga numbrimärgid. Kui aga algoritmi rakendada piltidele "looduses", tunneks see numbrimärgi ära igalt eredalt mustade laikudega objektilt. Just see võib Unzikeri arvates juhtuda gravitatsioonilainetega.
3. Gravitatsioonilainete detektorite võrgustik maailmas
Signaali tuvastamise metoodika osas oli teisigi kahtlusi. Vastuseks kriitikale töötas Kopenhaageni töörühm välja meetodi, mis kasutab puhtalt statistilisi karakteristikuid signaalide tuvastamiseks ilma mustreid kasutamata. Rakendades on tulemustes veel selgelt näha 2015. aasta septembri esimene juhtum, kuid ... seni ainult see üks. Sellist tugevat gravitatsioonilainet võib varsti pärast esimese detektori käivitamist nimetada "heaks õnneks", kuid viie aasta pärast hakkab muret tekitama edasiste kinnitatud avastuste puudumine. Kui järgmise kümne aasta jooksul statistiliselt olulist signaali ei tule, kas siis tuleb GW150915 esmanägemine peetakse ikka tõeliseks?
Mõned ütlevad, et see oli hiljem GW170817 tuvastamine, see tähendab kaksikneutrontähe termotuumasignaali, mis on kooskõlas instrumentaalsete vaatlustega gammakiirguse piirkonnas ja optilistes teleskoopides. Kahjuks on ebakõlasid palju: LIGO tuvastamine avastati alles mitu tundi pärast seda, kui teised teleskoobid olid signaali märganud.
Vaid kolm päeva varem käivitatud VIRGO labor ei andnud äratuntavat signaali. Lisaks oli samal päeval LIGO/VIRGO ja ESA võrgukatkestus. Kahtleti signaali ühilduvuses neutrontähtede ühinemisega, väga nõrga optilise signaaliga jne. Teisest küljest väidavad paljud gravitatsioonilaineid uurivad teadlased, et LIGO saadud suunateave oli palju täpsem kui neutrontähtede informatsioon. ülejäänud kaks teleskoopi ja nende sõnul ei saanud leid olla juhuslik.
Unzikeri jaoks on üsna murettekitav kokkusattumus, et nii GW150914 kui ka GW170817 andmed, mis olid esimestel sedalaadi sündmustel suurtel pressikonverentsidel, saadi "ebanormaalsetel" asjaoludel ja neid ei olnud tollal palju paremates tehnilistes tingimustes võimalik reprodutseerida. pikkade seeriate mõõtmised.
See toob kaasa uudised nagu oletatav supernoova plahvatus (mis osutus illusiooniks), ainulaadne neutrontähtede kokkupõrgesee sunnib teadlasi "ümber mõtlema aastatepikkust tavatarkust" või isegi 70 päikeselist musta auku, mida LIGO meeskond nimetas nende teooriate liiga rutakaks kinnituseks.
Unziker hoiatab olukorra eest, kus gravitatsioonilainete astronoomia omandab kurikuulsa maine "nähtamatute" (muidu) astronoomiliste objektide pakkujana. Selle vältimiseks pakub see meetodite suuremat läbipaistvust, kasutatavate mallide avaldamist, analüüsistandardeid ja aegumiskuupäeva seadmist sündmustele, mis ei ole sõltumatult kinnitatud.
