belirsizlik dalgaları

Bu yılın Ocak ayında, LIGO gözlemevinin, muhtemelen iki nötron yıldızının birleşmesiyle ilgili ikinci olayı kaydettiği bildirildi. Bu bilgi medyada harika görünüyor, ancak birçok bilim insanı, ortaya çıkan "yerçekimi dalgası astronomisi" keşiflerinin güvenilirliği konusunda ciddi şüpheler duymaya başlıyor.

Nisan 2019'da Louisiana, Livingston'daki LIGO dedektörü, Dünya'dan yaklaşık 520 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan nesnelerin bir kombinasyonunu tespit etti. Hanford'da sadece bir dedektörle yapılan bu gözlem geçici olarak devre dışı bırakıldı ve Başak fenomeni kaydetmedi, ancak yine de fenomenin yeterli bir sinyali olarak kabul etti.

Sinyal Analizi GW190425 toplam kütlesi Güneş'in kütlesinin 3,3 - 3,7 katı olan ikili bir sistemin çarpışmasına işaret etti (1). Bu, Samanyolu'ndaki ikili nötron yıldız sistemlerinde yaygın olarak gözlemlenen ve 2,5 ila 2,9 güneş kütlesi arasında olan kütlelerden açıkça daha büyüktür. Keşfin, daha önce gözlemlenmemiş bir çift nötron yıldızı popülasyonunu temsil edebileceği öne sürüldü. Varlıkların bu zorunluluktan fazla çoğalmasını herkes sevmez.

1. Nötron yıldızı GW190425'in çarpışmasının görselleştirilmesi.

Gerçektir GW190425 tek bir dedektör tarafından kaydedilmesi, bilim adamlarının konumu doğru bir şekilde belirleyemedikleri anlamına gelir ve LIGO tarafından gözlemlenen iki nötron yıldızının ilk birleşmesi olan GW170817 örneğinde olduğu gibi elektromanyetik aralıkta gözlemsel bir iz yoktur (bu da şüphelidir). , ancak daha fazlası aşağıda). Bunların iki nötron yıldızı olmaması mümkündür. Belki nesnelerden biri Kara delik. Belki ikisi de öyleydi. Ancak o zaman bilinen herhangi bir karadelikten daha küçük kara delikler olacaklar ve ikili karadeliklerin oluşumu için modellerin yeniden inşa edilmesi gerekecekti.

Bu modellerden ve teorilerden uyum sağlamak için çok fazla var. Veya belki de "yerçekimi dalgası astronomisi", eski uzay gözlem alanlarının bilimsel titizliğine uyum sağlamaya başlayacak mı?

Çok fazla yanlış pozitif

Alman teorik fizikçi ve saygın popüler bilim yazarı Alexander Unziker (2), Şubat ayında Medium'da, büyük beklentilere rağmen, LIGO ve VIRGO (3) yerçekimi dalgası dedektörlerinin rastgele yanlış pozitifler dışında bir yılda ilginç hiçbir şey göstermediğini yazdı. Bilim adamına göre bu, kullanılan yöntem hakkında ciddi şüpheler uyandırıyor.

Rainer Weiss, Barry K. Barish ve Kip S. Thorne'a verilen 2017 Nobel Fizik Ödülü ile, yerçekimi dalgalarının tespit edilip edilemeyeceği sorusu bir kez ve herkes için çözülmüş gibi görünüyordu. Nobel Komitesi'nin kararı endişe verici son derece güçlü sinyal algılama GW150914 Şubat 2016'da bir basın toplantısında sunuldu ve diğer iki teleskop bir yakınsak sinyal kaydettiği için iki nötron yıldızının birleşmesine atfedilen daha önce bahsedilen GW170817 sinyali.

O zamandan beri, fiziğin resmi bilimsel şemasına girdiler. Keşifler coşkulu tepkiler uyandırdı ve astronomide yeni bir dönem bekleniyordu. Yerçekimi dalgalarının Evrene açılan "yeni bir pencere" olması, önceden bilinen teleskopların cephaneliğine katkıda bulunması ve tamamen yeni gözlem türlerine yol açması gerekiyordu. Birçoğu bu keşfi Galileo'nun 1609 teleskopuyla karşılaştırdı. Daha da coşkulu olan, yerçekimi dalgası dedektörlerinin artan duyarlılığıydı. Nisan 3'da başlayan O2019 gözlem döngüsü sırasında onlarca heyecan verici keşif ve tespit için umutlar yüksekti. Ancak şu ana kadar Unziker, elimizde hiçbir şey olmadığını belirtiyor.

Kesin olmak gerekirse, son birkaç ayda kaydedilen yerçekimi dalgası sinyallerinin hiçbiri bağımsız olarak doğrulanmadı. Bunun yerine, açıklanamayacak kadar yüksek sayıda yanlış pozitif ve sinyal vardı ve bunlar daha sonra düşürüldü. On beş olay, diğer teleskoplarla yapılan doğrulama testinde başarısız oldu. Ayrıca testten 19 sinyal çıkarıldı.

Bazıları başlangıçta çok önemli olarak kabul edildi - örneğin, GW191117j'nin 28 milyar yılda bir, GW190822c için - 5 milyar yılda bir ve GW200108v için 1'de bir olma olasılığı olan bir olay olduğu tahmin ediliyordu. yıllar. Söz konusu gözlem süresinin tam bir yıl bile olmadığı düşünüldüğünde, bu tür yanlış pozitiflerin sayısı oldukça fazladır. Unziker, sinyal verme yönteminin kendisinde bir sorun olabileceğini söylüyor.

Ona göre, sinyalleri "hata" olarak sınıflandırma kriterleri şeffaf değil. Bu sadece onun fikri değil. LIGO dedektör veri analizi yöntemlerindeki eksikliklere daha önce dikkat çeken ünlü teorik fizikçi Sabina Hossenfelder, blogunda şu yorumu yaptı: “Bu benim başımı ağrıtıyor millet. Dedektörünüzün beklemediğiniz bir şeyi neden aldığını bilmiyorsanız, beklediğinizi gördüğünde ona nasıl güvenebilirsiniz?

Hata yorumu, diğer gözlemlerle bariz çelişkilerden kaçınmak dışında, gerçek sinyalleri diğerlerinden ayırmak için sistematik bir prosedür olmadığını öne sürer. Ne yazık ki, 53 kadar "aday keşif" vakasının ortak bir noktası var - muhabir dışında kimse bunu fark etmedi.

Medya, LIGO/VIRGO keşiflerini vaktinden önce kutlama eğilimindedir. Birkaç aydır olduğu gibi, müteakip analizler ve doğrulama arayışları başarısız olduğunda, medyada artık coşku veya düzeltme yoktur. Bu daha az etkili aşamada, medya hiç ilgi göstermiyor.

Sadece bir tespit kesindir

Unziker'e göre, 2016'daki yüksek profilli açılış duyurusundan bu yana durumun gelişimini takip ettiysek, mevcut şüpheler sürpriz olmamalı. Verilerin ilk bağımsız değerlendirmesi, Andrew D. Jackson tarafından yönetilen Kopenhag'daki Niels Bohr Enstitüsü'ndeki bir ekip tarafından gerçekleştirildi. Verilerin analizi, ekibin iddialarına rağmen, geri kalan sinyallerde, kökeni hala belirsiz olan garip korelasyonlar ortaya çıkardı. tüm anomaliler dahil. Ham veriler (kapsamlı ön işleme ve filtrelemeden sonra) sözde şablonlarla, yani kütleçekim dalgalarının sayısal simülasyonlarından teorik olarak beklenen sinyallerle karşılaştırıldığında, sinyaller üretilir.

Bununla birlikte, verileri analiz ederken, böyle bir prosedür, yalnızca sinyalin varlığı belirlendiğinde ve şekli kesin olarak bilindiğinde uygundur. Aksi takdirde, örüntü analizi yanıltıcı bir araçtır. Jackson bunu sunum sırasında çok etkili bir şekilde yaptı ve prosedürü araba plakalarının otomatik görüntü tanımasıyla karşılaştırdı. Evet, bulanık bir görüntü üzerinde doğru okumayla ilgili bir sorun yoktur, ancak yalnızca yakınlardan geçen tüm arabaların tam olarak doğru boyut ve stilde plakaları varsa. Bununla birlikte, algoritma "doğadaki" görüntülere uygulansaydı, siyah noktalara sahip herhangi bir parlak nesnenin plakasını tanırdı. Unziker'in yerçekimi dalgalarına olabileceğini düşündüğü şey budur.

3. Dünyadaki yerçekimi dalgası dedektörleri ağı

Sinyal algılama metodolojisi hakkında başka şüpheler de vardı. Eleştirilere yanıt olarak, Kopenhag grubu, kalıp kullanmadan sinyalleri algılamak için tamamen istatistiksel özellikleri kullanan bir yöntem geliştirdi. Uygulandığında, Eylül 2015'in ilk olayı sonuçlarda hala açıkça görülüyor, ancak ... şimdiye kadar sadece bu. Böyle güçlü bir yerçekimi dalgası, ilk dedektörün piyasaya sürülmesinden kısa bir süre sonra "iyi şanslar" olarak adlandırılabilir, ancak beş yıl sonra, daha fazla doğrulanmış keşiflerin olmaması endişe yaratmaya başlar. Önümüzdeki on yıl içinde istatistiksel olarak anlamlı bir sinyal olmazsa, GW150915'in ilk görüşü hala gerçek sayılır mı?

Bazıları daha sonra olduğunu söyleyecek GW170817'nin tespitiyani, gama ışını enstrümantal gözlemleri ve optik teleskoplarla tutarlı bir ikili nötron yıldızının termonükleer sinyali. Ne yazık ki, birçok tutarsızlık var: LIGO'nun tespiti, diğer teleskoplar sinyali kaydettikten birkaç saat sonrasına kadar keşfedilmedi.

Sadece üç gün önce başlatılan VIRGO laboratuvarı, tanınabilir bir sinyal vermedi. Ayrıca aynı gün LIGO/VIRGO ve ESA'da şebeke kesintisi yaşandı. Sinyalin bir nötron yıldızı birleşmesi, çok zayıf bir optik sinyal vb. ile uyumluluğu konusunda şüpheler vardı. Öte yandan yerçekimi dalgalarını inceleyen birçok bilim adamı, LIGO tarafından elde edilen yön bilgisinin, LIGO'nun bilgisinden çok daha doğru olduğunu iddia ediyor. diğer iki teleskop ve keşfin tesadüfi olamayacağını söylüyorlar.

Unziker için, büyük basın toplantılarında bu tür ilk olaylar olarak kaydedilen hem GW150914 hem de GW170817 verilerinin “anormal” koşullar altında elde edilmiş olması ve o zamanın çok daha iyi teknik koşullarında yeniden üretilememesi oldukça rahatsız edici bir tesadüf. Uzun serilerin ölçümleri.

Bu, sözde bir süpernova patlaması gibi haberlere yol açar (ki bunun bir yanılsama olduğu ortaya çıktı), nötron yıldızlarının benzersiz çarpışmasıbilim adamlarını "yıllarca süren geleneksel bilgeliği" veya hatta LIGO ekibinin teorilerini çok acele bir şekilde doğrulaması olarak adlandırdığı 70 güneş kara deliğini yeniden düşünmeye zorluyor.

Unziker, yerçekimi dalgası astronomisinin "görünmez" (aksi halde) astronomik nesneler sağlama konusunda kötü bir ün kazanacağı bir durum konusunda uyarıda bulunuyor. Bunun olmasını önlemek için, yöntemlerde daha fazla şeffaflık, kullanılan şablonların yayınlanması, analiz standartları ve bağımsız olarak doğrulanmayan olaylar için bir sona erme tarihi belirleme sunar.