Vlny neistoty
V januári tohto roku sa objavila správa, že observatórium LIGO zaznamenalo možno druhú udalosť zlúčenia dvoch neutrónových hviezd. Táto informácia vyzerá v médiách skvele, no mnohí vedci začínajú mať vážne pochybnosti o spoľahlivosti objavov vznikajúcej „gravitačnej astronómie“.
V apríli 2019 detekoval detektor LIGO v Livingstone v Louisiane kombináciu objektov nachádzajúcich sa asi 520 miliónov svetelných rokov od Zeme. Toto pozorovanie uskutočnené iba jedným detektorom v Hanforde bolo dočasne vypnuté a Panna tento jav nezaregistrovala, no napriek tomu ho považovala za dostatočný signál javu.
Analýza signálu GW190425 poukázal na zrážku binárneho systému s celkovou hmotnosťou 3,3 - 3,7 násobku hmotnosti Slnka (1). To je jasne väčšie ako hmotnosti bežne pozorované v systémoch binárnych neutrónových hviezd v Mliečnej dráhe, ktoré sú medzi 2,5 a 2,9 hmotnosti Slnka. Predpokladalo sa, že objav môže predstavovať populáciu dvojitých neutrónových hviezd, ktoré doteraz neboli pozorované. Nie každému sa toto množenie bytostí nad nutnosť páči.
1. Vizualizácia zrážky neutrónovej hviezdy GW190425.
Faktom je, že GW190425 bola zaznamenaná jediným detektorom, čo znamená, že vedci neboli schopní presne určiť polohu a neexistuje žiadna pozorovacia stopa v elektromagnetickom rozsahu, ako v prípade GW170817, prvého spojenia dvoch neutrónových hviezd pozorovaných organizáciou LIGO (čo je tiež pochybné , ale viac o tom nižšie). Je možné, že to neboli dve neutrónové hviezdy. Možno jeden z predmetov Čierna diera. Možno boli obaja. Potom by to však boli menšie čierne diery ako akékoľvek známe čierne diery a modely na vznik binárnych čiernych dier by museli byť prestavané.
Týchto modelov a teórií je príliš veľa, aby sme sa im mohli prispôsobiť. Alebo sa možno „astronómia gravitačných vĺn“ začne prispôsobovať vedeckej náročnosti starých oblastí pozorovania vesmíru?
Príliš veľa falošných poplachov
Alexander Unziker (2), nemecký teoretický fyzik a uznávaný populárno-vedecký spisovateľ, vo februári na Medium napísal, že napriek obrovským očakávaniam detektory gravitačných vĺn LIGO a VIRGO (3) za rok neukázali nič zaujímavé, okrem náhodných falošných poplachov. Podľa vedca to vyvoláva vážne pochybnosti o použitej metóde.
S Nobelovou cenou za fyziku za rok 2017, ktorá bola udelená Rainerovi Weissovi, Barrymu K. Barishovi a Kipovi S. Thornovi, sa otázka, či je možné zachytiť gravitačné vlny, zdalo byť raz a navždy vyriešená. Rozhodnutie Nobelovho výboru sa týka extrémne silná detekcia signálu GW150914 prezentovaný na tlačovej konferencii vo februári 2016 a už spomínaný signál GW170817, ktorý bol pripísaný zlúčeniu dvoch neutrónových hviezd, keďže dva ďalšie teleskopy zaznamenali konvergujúci signál.
Odvtedy vstúpili do oficiálnej vedeckej schémy fyziky. Objavy vyvolali nadšené ohlasy a očakávala sa nová éra v astronómii. Gravitačné vlny mali byť „novým oknom“ do vesmíru, pridať do arzenálu predtým známych ďalekohľadov a viesť k úplne novým typom pozorovania. Mnohí prirovnávali tento objav k Galileovmu ďalekohľadu z roku 1609. Ešte väčším nadšením bola zvýšená citlivosť detektorov gravitačných vĺn. Nádeje na desiatky vzrušujúcich objavov a objavov počas pozorovacieho cyklu O3, ktorý sa začal v apríli 2019, boli veľké. Zatiaľ však, poznamenáva Unziker, nemáme nič.
Presnejšie povedané, žiadny zo signálov gravitačných vĺn zaznamenaných za posledných niekoľko mesiacov nebol nezávisle overený. Namiesto toho došlo k nevysvetliteľne vysokému počtu falošných pozitív a signálov, ktoré boli následne znížené. Pätnásť udalostí neprešlo overovacím testom s inými teleskopmi. Okrem toho bolo z testu odstránených 19 signálov.
Niektoré z nich boli spočiatku považované za veľmi významné – napríklad GW191117j sa odhadovala ako udalosť s pravdepodobnosťou jedna za 28 miliárd rokov, pre GW190822c – jedna za 5 miliárd rokov a pre GW200108v – 1 zo 100 XNUMX. rokov. Vzhľadom na to, že sledované obdobie nebolo ani celý rok, takýchto falošných poplachov je veľa. So samotnou signalizačnou metódou môže byť niečo zlé, komentuje Unziker.
Kritériá na klasifikáciu signálov ako „chyby“ podľa neho nie sú transparentné. Nie je to len jeho názor. Renomovaná teoretická fyzička Sabina Hossenfelder, ktorá už skôr poukázala na nedostatky v metódach analýzy údajov detektora LIGO, na svojom blogu uviedla: „Bolí ma z toho hlava, priatelia. Ak neviete, prečo váš detektor zachytí niečo, čo neočakávate, ako mu môžete dôverovať, keď vidí, čo očakávate?
Interpretácia chýb naznačuje, že neexistuje žiadny systematický postup na oddeľovanie skutočných signálov od ostatných, okrem toho, aby sa zabránilo zjavným rozporom s inými pozorovaniami. Žiaľ, až 53 prípadov „kandidátskych objavov“ má jedno spoločné – okrem reportéra si to nikto nevšimol.
Médiá zvyknú predčasne oslavovať objavy LIGO/PANNA. Keď následné analýzy a hľadanie potvrdení zlyhajú, ako to bolo už niekoľko mesiacov, v médiách už niet nadšenia ani korekcie. V tejto menej efektívnej fáze médiá neprejavujú vôbec žiadny záujem.
Isté je len jedno zistenie
Ak sme podľa Unzikera sledovali vývoj situácie od vysokoprofilového oznámenia o otvorení v roku 2016, súčasné pochybnosti by nemali byť prekvapením. Prvé nezávislé vyhodnotenie údajov vykonal tím z Inštitútu Nielsa Bohra v Kodani pod vedením Andrewa D. Jacksona. Ich analýza údajov odhalila zvláštne korelácie v zostávajúcich signáloch, ktorých pôvod je stále nejasný, napriek tvrdeniam tímu, že vrátane všetkých anomálií. Signály sa generujú, keď sa nespracované dáta (po rozsiahlom predspracovaní a filtrovaní) porovnávajú s takzvanými šablónami, t. j. teoreticky očakávanými signálmi z numerických simulácií gravitačných vĺn.
Pri analýze údajov je však takýto postup vhodný len vtedy, keď je zistená samotná existencia signálu a je presne známy jeho tvar. V opačnom prípade je analýza vzorov zavádzajúcim nástrojom. Jackson to počas prezentácie veľmi zefektívnil a prirovnal postup k automatickému rozpoznávaniu obrázkov poznávacích značiek áut. Áno, s presným odčítaním na rozmazanom obrázku nie je problém, ale iba v prípade, že všetky autá prechádzajúce v blízkosti majú poznávacie značky presne tej správnej veľkosti a štýlu. Ak by sa však algoritmus aplikoval na obrázky „v prírode“, rozpoznal by poznávaciu značku od akéhokoľvek jasného objektu s čiernymi škvrnami. To je to, čo si Unziker myslí, že sa to môže stať gravitačným vlnám.
3. Sieť detektorov gravitačných vĺn vo svete
Ďalšie pochybnosti boli o metodike detekcie signálu. V reakcii na kritiku vyvinula skupina v Kodani metódu, ktorá využíva čisto štatistické charakteristiky na detekciu signálov bez použitia vzorov. Pri aplikácii je vo výsledkoch stále jasne viditeľný prvý incident zo septembra 2015, ale ... zatiaľ iba tento. Takúto silnú gravitačnú vlnu možno krátko po spustení prvého detektora nazvať „veľa šťastia“, no po piatich rokoch už nedostatok ďalších potvrdených objavov začína vyvolávať obavy. Ak v nasledujúcich desiatich rokoch nebude štatisticky významný signál, bude prvé pozorovanie GW150915 stále považované za skutočné?
Niekto povie, že to bolo neskôr detekcia GW170817, teda termonukleárny signál binárnej neutrónovej hviezdy, v súlade s inštrumentálnymi pozorovaniami v oblasti gama žiarenia a optickými teleskopmi. Bohužiaľ, existuje veľa nezrovnalostí: detekcia LIGO bola objavená až niekoľko hodín po tom, čo iné teleskopy zaznamenali signál.
Laboratórium VIRGO, ktoré bolo spustené len pred tromi dňami, nevydalo žiadny rozpoznateľný signál. Okrem toho došlo v ten istý deň k výpadku siete na LIGO/VIRGO a ESA. Objavili sa pochybnosti o kompatibilite signálu so zlúčením neutrónovej hviezdy, veľmi slabým optickým signálom atď. Na druhej strane mnohí vedci, ktorí študujú gravitačné vlny tvrdia, že informácie o smere získané pomocou LIGO boli oveľa presnejšie ako informácie ďalšie dva teleskopy a hovoria, že nález nemohol byť náhodný.
Pre Unziker je dosť znepokojujúca zhoda okolností, že údaje pre GW150914 a GW170817, prvé udalosti tohto druhu zaznamenané na veľkých tlačových konferenciách, boli získané za „nenormálnych“ okolností a nedali sa reprodukovať za oveľa lepších technických podmienok v tom čase. merania dlhých sérií.
To vedie k správam, ako je predpokladaný výbuch supernovy (ktorý sa ukázal ako ilúzia), unikátna zrážka neutrónových hviezdnúti vedcov „prehodnotiť roky konvenčnej múdrosti“ alebo dokonca 70-slnečnú čiernu dieru, ktorú tím LIGO označil za príliš unáhlené potvrdenie ich teórií.
Unziker varuje pred situáciou, v ktorej astronómia gravitačných vĺn získa neslávnu povesť poskytovania „neviditeľných“ (inak) astronomických objektov. Aby sa tomu zabránilo, ponúka väčšiu transparentnosť metód, zverejňovanie použitých šablón, štandardov analýzy a nastavenie dátumu vypršania platnosti pre udalosti, ktoré nie sú nezávisle overené.
