Neapibrėžtumo bangos

Šių metų sausį buvo pranešta, kad LIGO observatorija užfiksavo, ko gero, antrąjį dviejų neutroninių žvaigždžių susijungimo įvykį. Ši informacija puikiai atrodo žiniasklaidoje, tačiau daugeliui mokslininkų pradeda kilti rimtų abejonių dėl besiformuojančios „gravitinių bangų astronomijos“ atradimų patikimumo.

2019 m. balandžio mėn. LIGO detektorius Livingstone, Luizianoje, aptiko objektų, esančių maždaug 520 mln. šviesmečių atstumu nuo Žemės, derinį. Šis stebėjimas, atliktas tik vienu detektoriumi, Hanforde, buvo laikinai išjungtas, o Mergelė šio reiškinio neužregistravo, tačiau vis dėlto laikė tai pakankamu reiškinio signalu.

Signalo analizė GW190425 nurodė dvinarės sistemos, kurios bendra masė yra 3,3–3,7 karto didesnė už Saulės masę, susidūrimą (1). Tai aiškiai didesnė nei masė, paprastai stebima Paukščių Tako dvinarių neutroninių žvaigždžių sistemose, kurios yra nuo 2,5 iki 2,9 Saulės masės. Buvo manoma, kad atradimas gali būti dvigubų neutroninių žvaigždžių populiacija, kuri anksčiau nebuvo pastebėta. Ne visiems patinka toks būtybių dauginimas be būtinybės.

1. Neutroninės žvaigždės GW190425 susidūrimo vizualizacija.

Faktas yra tai, kad GW190425 buvo užfiksuotas vienu detektoriumi, reiškia, kad mokslininkams nepavyko tiksliai nustatyti vietos, o elektromagnetiniame diapazone nėra jokių stebėjimų pėdsakų, kaip GW170817, pirmojo LIGO pastebėto dviejų neutroninių žvaigždžių susiliejimo atveju (tai taip pat abejotina , bet daugiau apie tai žemiau). Gali būti, kad tai nebuvo dvi neutroninės žvaigždės. Galbūt vienas iš objektų Juodoji skylė. Galbūt buvo abu. Bet tada jos būtų mažesnės juodosios skylės nei bet kuri žinoma juodoji skylė, ir dvejetainių juodųjų skylių formavimo modelius tektų atstatyti.

Šių modelių ir teorijų yra per daug, prie kurių galima prisitaikyti. O gal „gravitacinių bangų astronomija“ pradės prisitaikyti prie senųjų kosmoso stebėjimo sričių mokslinio griežtumo?

Per daug klaidingų teigiamų rezultatų

Vokiečių fizikas teoretikas ir gerbiamas mokslo populiarinimo rašytojas Aleksandras Unzikeris (2) vasario mėnesį laidoje „Medium“ rašė, kad, nepaisant didžiulių lūkesčių, gravitacinių bangų detektoriai LIGO ir VIRGO (3) per metus neparodė nieko įdomaus, išskyrus atsitiktinius klaidingus teigiamus rezultatus. Mokslininko teigimu, tai kelia rimtų abejonių dėl naudojamo metodo.

Kai 2017 m. Nobelio fizikos premija buvo skirta Raineriui Weissui, Barry K. Barishui ir Kipui S. Thorne'ui, klausimas, ar galima aptikti gravitacines bangas, atrodė galutinai išspręstas. Nobelio komiteto sprendimas kelia susirūpinimą itin stiprus signalo aptikimas GW150914 2016 m. vasario mėn. spaudos konferencijoje pristatytas ir jau minėtas signalas GW170817, kuris buvo priskirtas dviejų neutroninių žvaigždžių susiliejimui, nes kiti du teleskopai užfiksavo susiliejantį signalą.

Nuo tada jie pateko į oficialią mokslinę fizikos schemą. Atradimai sukėlė entuziastingų atsakymų ir buvo tikimasi naujos eros astronomijoje. Gravitacinės bangos turėjo būti „naujas langas“ į Visatą, papildantis anksčiau žinomų teleskopų arsenalą ir atveriantis visiškai naujus stebėjimo tipus. Daugelis palygino šį atradimą su Galilėjaus 1609 m. teleskopu. Dar didesnį entuziastą nudžiugino padidėjęs gravitacinių bangų detektorių jautrumas. Tikimasi, kad per O3 stebėjimo ciklą, prasidėjusį 2019 m. balandį, bus padaryta daugybė įdomių atradimų ir aptikimų. Tačiau kol kas, pažymi Unzikeris, nieko neturime.

Tiksliau sakant, nė vienas iš gravitacinių bangų signalų, užfiksuotų per pastaruosius kelis mėnesius, nebuvo nepriklausomai patikrintas. Vietoj to, buvo nepaaiškinamai daug klaidingų teigiamų rezultatų ir signalų, kurie vėliau buvo sumažinti. Penkiolika įvykių nepavyko patvirtinti kitų teleskopų. Be to, iš bandymo buvo pašalinta 19 signalų.

Kai kurie iš jų iš pradžių buvo laikomi labai reikšmingais – pavyzdžiui, GW191117j buvo įvertintas kaip įvykis, kurio tikimybė yra vienas iš 28 milijardų metų, GW190822c – vienas iš 5 milijardų metų, o GW200108v – 1 iš 100 XNUMX. metų. Atsižvelgiant į tai, kad nagrinėjamas stebėjimo laikotarpis net nebuvo ištisų metų, tokių klaidingų teigiamų rezultatų yra labai daug. Gali būti, kad kažkas negerai su pačiu signalizacijos metodu, komentuoja Unziker.

Signalų priskyrimo „klaidoms“ kriterijai, jo nuomone, nėra skaidrūs. Tai ne tik jo nuomonė. Žinoma teorinė fizikė Sabine Hossenfelder, anksčiau atkreipusi dėmesį į LIGO detektorių duomenų analizės metodų trūkumus, savo tinklaraštyje pakomentavo: „Tai man skauda galvą, žmonės. Jei nežinote, kodėl jūsų detektorius paima kažką, kas atrodo ne tai, ko tikitės, kaip galite juo pasitikėti, kai jis mato tai, ko tikitės?

Klaidų aiškinimas rodo, kad nėra sistemingos procedūros faktiniams signalams atskirti nuo kitų, išskyrus tai, kad būtų išvengta akivaizdžių prieštaravimų su kitais stebėjimais. Deja, net 53 „kandidatų atradimų“ atvejai turi vieną bendrą bruožą – niekas, išskyrus reporterį, to nepastebėjo.

Žiniasklaida linkusi per anksti švęsti LIGO/VIRGO atradimus. Kai vėlesnės analizės ir patvirtinimo paieškos nepasiseka, kaip jau kelis mėnesius, žiniasklaidoje nebelieka entuziazmo ar taisymosi. Šiuo mažiau veiksmingu etapu žiniasklaida visiškai nesidomi.

Tik vienas aptikimas yra tikras

Anot Unzikerio, jei stebėjome situacijos raidą nuo didelio atgarsio sulaukusio pranešimo apie atidarymą 2016 m., dabartinės abejonės neturėtų stebinti. Pirmąjį nepriklausomą duomenų vertinimą atliko Nielso Bohro instituto Kopenhagoje komanda, vadovaujama Andrew D. Jacksono. Jų atlikta duomenų analizė atskleidė keistas likusių signalų koreliacijas, kurių kilmė vis dar neaiški, nepaisant komandos teiginių, kad įtrauktos visos anomalijos. Signalai generuojami, kai neapdoroti duomenys (po didelio išankstinio apdorojimo ir filtravimo) lyginami su vadinamaisiais šablonais, t. y. teoriškai laukiamais signalais iš gravitacinių bangų skaitmeninio modeliavimo.

Tačiau analizuojant duomenis tokia procedūra tinkama tik tada, kai nustatomas pats signalo egzistavimas ir tiksliai žinoma jo forma. Priešingu atveju modelių analizė yra klaidinanti priemonė. Jacksonas pristatymo metu tai padarė labai efektyviai, palygindamas procedūrą su automatiniu automobilio valstybinių numerių vaizdo atpažinimu. Taip, neryškaus vaizdo tikslaus skaitymo problemų nėra, bet tik tuo atveju, jei visi šalia važiuojantys automobiliai turi tiksliai tinkamo dydžio ir stiliaus valstybinius numerius. Tačiau jei algoritmas būtų pritaikytas vaizdams „gamtoje“, jis valstybinį numerį atpažintų iš bet kokio šviesaus objekto su juodomis dėmėmis. Unzikerio nuomone, tai gali nutikti gravitacinėms bangoms.

3. Gravitacinių bangų detektorių tinklas pasaulyje

Kitų abejonių kilo dėl signalo aptikimo metodikos. Atsakydama į kritiką, Kopenhagos grupė sukūrė metodą, kuris naudoja grynai statistines charakteristikas signalams aptikti nenaudojant šablonų. Pritaikius rezultatuose dar aiškiai matomas pirmasis 2015 metų rugsėjo incidentas, bet ... kol kas tik šis. Tokią stiprią gravitacinę bangą galima pavadinti „sėkmės“ netrukus po pirmojo detektoriaus paleidimo, tačiau po penkerių metų nerimą pradeda kelti tolesnių patvirtintų atradimų trūkumas. Jei per ateinančius dešimt metų nebus statistiškai reikšmingo signalo, ar bus pirmą kartą pastebėta GW150915 vis dar laikomas tikru?

Kai kas sakys, kad tai buvo vėliau GW170817 aptikimas, tai yra dvinarės neutroninės žvaigždės termobranduolinis signalas, atitinkantis instrumentinius stebėjimus gama spindulių srityje ir optinius teleskopus. Deja, yra daug neatitikimų: LIGO aptikimas buvo aptiktas tik praėjus kelioms valandoms po to, kai kiti teleskopai pastebėjo signalą.

VIRGO laboratorija, paleista tik prieš tris dienas, nedavė jokio atpažįstamo signalo. Be to, tą pačią dieną LIGO/VIRGO ir ESA nutrūko tinklas. Kilo abejonių dėl signalo suderinamumo su neutroninių žvaigždžių susiliejimu, labai silpnu optiniu signalu ir pan. Kita vertus, daugelis mokslininkų, tyrinėjančių gravitacines bangas, teigia, kad LIGO gauta krypties informacija buvo daug tikslesnė nei kiti du teleskopai, ir jie sako, kad radinys negalėjo būti atsitiktinis.

„Unziker“ yra gana nerimą keliantis sutapimas, kad tiek GW150914, tiek GW170817, pirmųjų tokio pobūdžio įvykių, pastebėtų didelėse spaudos konferencijose, duomenys buvo gauti „neįprastomis“ aplinkybėmis ir tuo metu negalėjo būti atkurti daug geresnėmis techninėmis sąlygomis. ilgų serijų matavimai.

Tai veda prie tokių naujienų kaip tariamas supernovos sprogimas (kuris pasirodė esąs iliuzija), unikalus neutroninių žvaigždžių susidūrimastai verčia mokslininkus „permąstyti metų įprastą išmintį“ ar net 70 saulės juodąją skylę, kurią LIGO komanda pavadino pernelyg skubotu jų teorijų patvirtinimu.

Unzikeris įspėja apie situaciją, kai gravitacinių bangų astronomija įgis liūdnai pagarsėjusią reputaciją kaip „nematomus“ (kitaip) astronominius objektus. Kad taip nenutiktų, siūlome didesnį metodų skaidrumą, naudojamų šablonų paskelbimą, analizės standartus ir galiojimo pabaigos datos nustatymą įvykiams, kurie nėra nepriklausomai patvirtinti.