Valovi neizvjesnosti

U siječnju ove godine objavljeno je da je zvjezdarnica LIGO zabilježila, vjerojatno drugi događaj spajanja dviju neutronskih zvijezda. Ova informacija izgleda sjajno u medijima, ali mnogi znanstvenici počinju ozbiljno sumnjati u pouzdanost otkrića nove "astronomije gravitacijskih valova".

U travnju 2019. detektor LIGO u Livingstonu u Louisiani otkrio je kombinaciju objekata koji se nalaze oko 520 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje. Ovo opažanje, napravljeno samo s jednim detektorom, u Hanfordu, privremeno je onemogućeno, a Djevica nije registrirala taj fenomen, ali ga je ipak smatrala dovoljnim signalom fenomena.

Analiza signala GW190425 ukazao je na sudar binarnog sustava ukupne mase 3,3 - 3,7 puta veće od mase Sunca (1). To je očito veće od masa koje se obično opažaju u binarnim sustavima neutronskih zvijezda u Mliječnoj stazi, koje su između 2,5 i 2,9 solarnih masa. Pretpostavlja se da bi otkriće moglo predstavljati populaciju dvostrukih neutronskih zvijezda koja prije nije opažena. Ne sviđa se svima ovo umnožavanje bića preko potrebe.

1. Vizualizacija sudara neutronske zvijezde GW190425.

Činjenica je da GW190425 zabilježeno jednim detektorom znači da znanstvenici nisu bili u mogućnosti točno odrediti lokaciju, a nema ni traga promatranja u elektromagnetskom rasponu, kao u slučaju GW170817, prvog spajanja dviju neutronskih zvijezda koje je promatrao LIGO (što je također upitno , ali više o tome u nastavku). Moguće je da to nisu bile dvije neutronske zvijezde. Možda jedan od objekata Crna rupa. Možda su oboje bili. Ali tada bi to bile manje crne rupe od bilo koje poznate crne rupe, a modeli za formiranje binarnih crnih rupa morali bi se ponovno izgraditi.

Previše je ovih modela i teorija da bi se njima prilagodili. Ili će se možda "astronomija gravitacijskih valova" početi prilagođavati znanstvenoj strogosti starih polja promatranja svemira?

Previše lažnih pozitivnih rezultata

Alexander Unziker (2), njemački teoretski fizičar i cijenjeni popularnoznanstveni pisac, u veljači je za Medium napisao da, unatoč ogromnim očekivanjima, detektori gravitacijskih valova LIGO i VIRGO (3) u godinu dana nisu pokazali ništa zanimljivo, osim slučajnih lažnih pozitivnih rezultata. Prema riječima znanstvenika, to izaziva ozbiljne sumnje u korištenu metodu.

S Nobelovom nagradom za fiziku 2017. koja je dodijeljena Raineru Weissu, Barryju K. Barishu i Kipu S. Thorneu, činilo se da je pitanje mogu li se otkriti gravitacijski valovi jednom zauvijek riješeno. Odluka Nobelovog odbora se tiče iznimno jaka detekcija signala GW150914 predstavljen na konferenciji za novinare u veljači 2016., te već spomenuti signal GW170817, koji je pripisan spajanju dviju neutronskih zvijezda, budući da su druga dva teleskopa zabilježila konvergentni signal.

Od tada su ušli u službenu znanstvenu shemu fizike. Otkrića su izazvala oduševljene reakcije, a očekivala se nova era u astronomiji. Gravitacijski valovi trebali su biti "novi prozor" u Svemir, dodajući arsenal ranije poznatih teleskopa i dovodeći do potpuno novih vrsta promatranja. Mnogi su ovo otkriće uspoređivali s Galilejevim teleskopom iz 1609. godine. Još više entuzijazma bila je povećana osjetljivost detektora gravitacijskih valova. Nade za desetke uzbudljivih otkrića i detekcija tijekom ciklusa promatranja O3 koji je započeo u travnju 2019. bile su velike. Međutim, zasad, napominje Unziker, nemamo ništa.

Točnije, niti jedan od signala gravitacijskih valova zabilježenih u posljednjih nekoliko mjeseci nije neovisno verificiran. Umjesto toga, postojao je neobjašnjivo velik broj lažnih pozitivnih rezultata i signala, koji su potom smanjeni. Petnaest događaja nije prošlo validacijski test s drugim teleskopima. Uz to, s testa je uklonjeno 19 signala.

Neki od njih su se u početku smatrali vrlo značajnim - na primjer, GW191117j je procijenjen kao događaj s vjerojatnošću od jedan u 28 milijardi godina, za GW190822c - jedan u 5 milijardi godina, a za GW200108v - 1 u 100. godine. S obzirom na to da promatrano razdoblje nije bilo niti cijela godina, ovakvih lažno pozitivnih rezultata ima puno. Možda nešto nije u redu sa samom metodom signalizacije, komentira Unziker.

Kriteriji za klasificiranje signala kao "greške", po njegovu mišljenju, nisu transparentni. Nije to samo njegovo mišljenje. Poznata teorijska fizičarka Sabina Hossenfelder, koja je ranije ukazala na nedostatke u metodama analize podataka LIGO detektora, komentirala je na svom blogu: “Boli me glava, ljudi. Ako ne znate zašto vaš detektor uhvati nešto što ne očekujete, kako mu možete vjerovati kada vidi ono što očekujete?

Tumačenje pogreške sugerira da ne postoji sustavna procedura za odvajanje stvarnih signala od drugih, osim da se izbjegnu flagrantne kontradikcije s drugim opažanjima. Nažalost, čak 53 slučaja "otkrića kandidata" imaju jednu zajedničku crtu - nitko osim reportera to nije primijetio.

Mediji imaju tendenciju prerano slaviti otkrića LIGO/VIRGO. Kad naknadne analize i traženje potvrde propadnu, kao što je to već nekoliko mjeseci, nema više entuzijazma ni ispravljanja u medijima. U ovoj manje učinkovitoj fazi, mediji uopće ne pokazuju interes.

Samo jedno otkrivanje je sigurno

Prema Unzikerovim riječima, ako smo pratili razvoj situacije od visoke najave otvaranja 2016. godine, trenutne sumnje ne bi trebale biti iznenađenje. Prvu neovisnu evaluaciju podataka proveo je tim na Institutu Niels Bohr u Kopenhagenu pod vodstvom Andrewa D. Jacksona. Njihova analiza podataka otkrila je čudne korelacije u preostalim signalima, čije je porijeklo još uvijek nejasno, unatoč tvrdnjama tima da uključene sve anomalije. Signali se generiraju kada se sirovi podaci (nakon opsežne predobrade i filtriranja) uspoređuju s takozvanim predlošcima, odnosno teorijski očekivanim signalima iz numeričkih simulacija gravitacijskih valova.

Međutim, pri analizi podataka takav je postupak prikladan samo kada je utvrđeno samo postojanje signala i točno poznat njegov oblik. Inače, analiza uzoraka je alat koji dovodi u zabludu. Jackson je to učinio vrlo učinkovitim tijekom prezentacije, uspoređujući postupak s automatskim prepoznavanjem slike registarskih oznaka automobila. Da, nema problema s točnim očitavanjem na mutnoj slici, ali samo ako svi automobili koji prolaze u blizini imaju registarske tablice točno odgovarajuće veličine i stila. Međutim, kada bi se algoritam primijenio na slike "u prirodi", prepoznao bi registarsku pločicu s bilo kojeg svijetlog objekta s crnim mrljama. To je ono što Unziker misli da se može dogoditi gravitacijskim valovima.

3. Mreža detektora gravitacijskih valova u svijetu

Postojale su i druge sumnje u metodologiju detekcije signala. Kao odgovor na kritike, skupina iz Kopenhagena razvila je metodu koja koristi čisto statističke karakteristike za otkrivanje signala bez upotrebe uzoraka. Kada se prijavi, prvi incident iz rujna 2015. još uvijek je jasno vidljiv u rezultatima, ali ... zasad samo ovaj. Tako snažan gravitacijski val može se nazvati "sretno" nedugo nakon lansiranja prvog detektora, ali nakon pet godina nedostatak daljnjih potvrđenih otkrića počinje izazivati ​​zabrinutost. Ako u sljedećih deset godina ne bude statistički značajnog signala, hoće li ga biti prvo viđenje GW150915 se još uvijek smatra stvarnim?

Neki će reći da je to bilo kasnije otkrivanje GW170817, odnosno termonuklearni signal binarne neutronske zvijezde, u skladu s instrumentalnim promatranjima u području gama zraka i optičkim teleskopima. Nažalost, postoje mnoge nedosljednosti: detekcija LIGO-a otkrivena je tek nekoliko sati nakon što su drugi teleskopi zabilježili signal.

Laboratorij VIRGO, pokrenut samo tri dana ranije, nije dao nikakav prepoznatljiv signal. Osim toga, došlo je do prekida mreže u LIGO/VIRGO i ESA-i istog dana. Postojale su sumnje u kompatibilnost signala sa spajanjem neutronskih zvijezda, vrlo slabim optičkim signalom itd. S druge strane, mnogi znanstvenici koji proučavaju gravitacijske valove tvrde da je informacija o smjeru koju je dobio LIGO bila puno točnija od informacija druga dva teleskopa, a kažu da nalaz nije mogao biti slučajan.

Za Unzikera je prilično uznemirujuća koincidencija da su podaci za GW150914 i GW170817, prve događaje ove vrste zabilježene na velikim press konferencijama, dobiveni u “nenormalnim” okolnostima i nisu se mogli reproducirati pod puno boljim tehničkim uvjetima u to vrijeme mjerenja dugih serija.

To dovodi do vijesti poput navodne eksplozije supernove (što se pokazalo iluzijom), jedinstveni sudar neutronskih zvijezdato tjera znanstvenike da "preispitaju godine konvencionalne mudrosti" ili čak crnu rupu od 70 solarnih, što je LIGO tim nazvao prenagljenom potvrdom svojih teorija.

Unziker upozorava na situaciju u kojoj će astronomija gravitacijskih valova steći neslavnu reputaciju pružanja "nevidljivih" (inače) astronomskih objekata. Kako se to ne bi dogodilo, nudi veću transparentnost metoda, objavljivanje korištenih predložaka, standarde analize i postavljanje datuma isteka za događaje koji nisu neovisno provjereni.