Những làn sóng không chắc chắn

Vào tháng Giêng năm nay, có thông tin rằng đài thiên văn LIGO đã ghi lại được, có thể là sự kiện thứ hai của sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron. Thông tin này có vẻ tuyệt vời trên các phương tiện truyền thông, nhưng nhiều nhà khoa học đang bắt đầu nghi ngờ nghiêm trọng về độ tin cậy của những khám phá về "thiên văn học sóng trọng lực".

Vào tháng 2019 năm 520, máy dò LIGO ở Livingston, Louisiana đã phát hiện một tổ hợp các vật thể nằm cách Trái đất khoảng XNUMX triệu năm ánh sáng. Quan sát này, được thực hiện chỉ với một máy dò, tại Hanford, tạm thời bị vô hiệu hóa, và Xử Nữ không ghi nhận hiện tượng, nhưng vẫn coi đó là một tín hiệu đầy đủ của hiện tượng.

Phân tích tín hiệu GW190425 chỉ ra vụ va chạm của một hệ sao đôi có tổng khối lượng gấp 3,3 - 3,7 lần khối lượng Mặt trời (1). Con số này rõ ràng lớn hơn khối lượng thường được quan sát thấy trong các hệ sao neutron đôi trong Dải Ngân hà, có khối lượng từ 2,5 đến 2,9 khối lượng Mặt trời. Có ý kiến ​​cho rằng phát hiện này có thể đại diện cho một quần thể sao neutron kép chưa từng được quan sát trước đây. Không phải ai cũng thích sự nhân lên quá mức cần thiết này.

1. Hình dung về vụ va chạm của sao neutron GW190425.

Thực tế là GW190425 được ghi lại bởi một máy dò duy nhất có nghĩa là các nhà khoa học không thể xác định chính xác vị trí và không có dấu vết quan sát trong phạm vi điện từ, như trong trường hợp của GW170817, sự hợp nhất đầu tiên của hai sao neutron được quan sát bởi LIGO (điều này cũng đáng nghi ngờ , nhưng nhiều hơn về điều đó bên dưới). Có thể đây không phải là hai sao neutron. Có lẽ một trong những đối tượng Hố đen. Có lẽ cả hai đều như vậy. Nhưng khi đó chúng sẽ là những lỗ đen nhỏ hơn bất kỳ lỗ đen nào đã biết, và các mô hình hình thành các lỗ đen nhị phân sẽ phải được xây dựng lại.

Có quá nhiều mô hình và lý thuyết này để thích ứng. Hoặc có lẽ "thiên văn học sóng hấp dẫn" sẽ bắt đầu thích ứng với tính nghiêm ngặt khoa học của các lĩnh vực quan sát không gian cũ?

Quá nhiều kết quả dương tính giả

Alexander Unziker (2), một nhà vật lý lý thuyết người Đức và là nhà văn khoa học nổi tiếng được kính trọng, đã viết trên Medium vào tháng 3 rằng, mặc dù được kỳ vọng rất lớn, các máy dò sóng hấp dẫn LIGO và VIRGO (XNUMX) không cho thấy điều gì thú vị trong một năm, ngoại trừ những lần dương tính giả ngẫu nhiên. Theo nhà khoa học, điều này làm dấy lên nghi ngờ nghiêm trọng về phương pháp được sử dụng.

Với giải Nobel Vật lý năm 2017 được trao cho Rainer Weiss, Barry K. Barish và Kip S. Thorne, câu hỏi về việc liệu sóng hấp dẫn có thể được phát hiện dường như đã được giải quyết một lần và mãi mãi. Quyết định của Ủy ban Nobel về mối quan tâm phát hiện tín hiệu cực mạnh GW150914 được trình bày tại một cuộc họp báo vào tháng 2016 năm 170817, và tín hiệu đã được đề cập GWXNUMX, được cho là do sự hợp nhất của hai sao neutron, vì hai kính thiên văn khác đã ghi lại một tín hiệu hội tụ.

Kể từ đó, họ đã đi vào sơ đồ khoa học chính thức của vật lý. Những khám phá đã gợi lên sự hưởng ứng nhiệt tình, và một kỷ nguyên mới trong thiên văn học đã được mong đợi. Sóng hấp dẫn được cho là một "cửa sổ mới" cho Vũ trụ, bổ sung vào kho vũ khí của các kính thiên văn đã biết trước đây và dẫn đến các kiểu quan sát hoàn toàn mới. Nhiều người đã so sánh khám phá này với kính thiên văn năm 1609 của Galileo. Nhiệt tình hơn nữa là độ nhạy của máy dò sóng hấp dẫn ngày càng tăng. Hy vọng về hàng chục khám phá và phát hiện thú vị trong chu kỳ quan sát O3 bắt đầu vào tháng 2019 năm XNUMX là rất cao. Tuy nhiên, cho đến nay, Unziker lưu ý, chúng tôi không có gì cả.

Chính xác mà nói, không có tín hiệu sóng hấp dẫn nào được ghi lại trong vài tháng qua đã được xác minh một cách độc lập. Thay vào đó, có một số lượng tín hiệu và dương tính giả cao không thể giải thích được, sau đó đã bị hạ cấp. Mười lăm sự kiện đã thất bại trong bài kiểm tra xác nhận với các kính thiên văn khác. Ngoài ra, 19 tín hiệu đã bị loại bỏ khỏi bài kiểm tra.

Một số trong số chúng ban đầu được coi là rất quan trọng - ví dụ, GW191117j được ước tính là một sự kiện với xác suất là một trong 28 tỷ năm, đối với GW190822c - một trong 5 tỷ năm và đối với GW200108v - 1 trên 100. nhiều năm. Xem xét rằng thời gian quan sát được xem xét thậm chí không phải cả năm, có rất nhiều dương tính giả như vậy. Có thể có điều gì đó sai với chính phương thức báo hiệu, Unziker nhận xét.

Theo ông, các tiêu chí để phân loại tín hiệu là "lỗi" là không minh bạch. Đó không chỉ là ý kiến ​​của anh ấy. Nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng Sabina Hossenfelder, người trước đây đã chỉ ra những thiếu sót trong phương pháp phân tích dữ liệu máy dò LIGO, nhận xét trên blog của mình: “Điều này khiến tôi đau đầu. Nếu bạn không biết tại sao máy dò của bạn lại chọn thứ gì đó không giống như những gì bạn mong đợi, thì làm sao bạn có thể tin tưởng nó khi nó nhìn thấy những gì bạn mong đợi?

Giải thích lỗi cho thấy rằng không có quy trình hệ thống nào để tách các tín hiệu thực tế khỏi các tín hiệu khác, ngoài việc tránh mâu thuẫn trắng trợn với các quan sát khác. Thật không may, có tới 53 trường hợp "khám phá ứng cử viên" có một điểm chung - không ai ngoại trừ phóng viên nhận thấy điều này.

Các phương tiện truyền thông có xu hướng tán dương quá sớm những khám phá về LIGO / VIRGO. Khi các phân tích và tìm kiếm xác nhận tiếp theo không thành công, như đã diễn ra trong vài tháng, thì các phương tiện truyền thông sẽ không còn nhiệt tình hay đính chính nữa. Trong giai đoạn kém hiệu quả này, các phương tiện truyền thông tỏ ra không quan tâm chút nào.

Chỉ có một phát hiện là chắc chắn

Theo Unziker, nếu chúng ta đã theo dõi sự phát triển của tình hình kể từ khi thông báo mở cửa cấp cao vào năm 2016, thì những nghi ngờ hiện tại sẽ không phải là điều bất ngờ. Đánh giá độc lập đầu tiên về dữ liệu được thực hiện bởi một nhóm tại Viện Niels Bohr ở Copenhagen do Andrew D. Jackson đứng đầu. Việc phân tích dữ liệu của họ cho thấy mối tương quan kỳ lạ trong các tín hiệu còn lại, nguồn gốc của chúng vẫn chưa rõ ràng, mặc dù nhóm nghiên cứu tuyên bố rằng tất cả các dị thường bao gồm. Tín hiệu được tạo ra khi dữ liệu thô (sau khi xử lý trước và lọc rộng rãi) được so sánh với cái gọi là mẫu, tức là các tín hiệu được mong đợi về mặt lý thuyết từ các mô phỏng số của sóng hấp dẫn.

Tuy nhiên, khi phân tích dữ liệu, quy trình như vậy chỉ thích hợp khi sự tồn tại của tín hiệu được thiết lập và hình dạng của nó được biết chính xác. Nếu không, phân tích mẫu là một công cụ gây hiểu lầm. Jackson đã thực hiện điều này rất hiệu quả trong buổi thuyết trình, so sánh quy trình này với việc nhận dạng hình ảnh tự động của biển số xe ô tô. Có, không có vấn đề gì với việc đọc chính xác trên một hình ảnh mờ, nhưng chỉ khi tất cả các xe ô tô đi qua gần đó đều có biển số chính xác với kích thước và kiểu dáng phù hợp. Tuy nhiên, nếu thuật toán được áp dụng cho hình ảnh "trong tự nhiên", nó sẽ nhận ra biển số xe từ bất kỳ vật thể sáng nào có đốm đen. Đây là điều Unziker cho rằng có thể xảy ra với sóng hấp dẫn.

3. Mạng lưới máy dò sóng hấp dẫn trên thế giới

Có những nghi ngờ khác về phương pháp phát hiện tín hiệu. Để đáp lại những lời chỉ trích, nhóm Copenhagen đã phát triển một phương pháp sử dụng các đặc điểm thống kê thuần túy để phát hiện các tín hiệu mà không sử dụng các mẫu. Khi áp dụng, sự cố đầu tiên của tháng 2015 năm XNUMX vẫn còn hiển thị rõ ràng trong kết quả, nhưng ... cho đến nay chỉ có một. Một sóng hấp dẫn mạnh như vậy có thể được gọi là "may mắn" ngay sau khi phóng máy dò đầu tiên, nhưng sau XNUMX năm, việc thiếu các khám phá được xác nhận thêm bắt đầu gây ra lo ngại. Nếu không có tín hiệu nào có ý nghĩa thống kê trong mười năm tới, liệu có lần đầu tiên nhìn thấy GW150915 vẫn được coi là thật?

Một số người sẽ nói rằng nó sau này phát hiện GW170817, tức là, tín hiệu nhiệt hạch của một ngôi sao neutron nhị phân, phù hợp với các quan sát bằng dụng cụ tia gamma và kính thiên văn quang học. Thật không may, có nhiều điểm mâu thuẫn: việc phát hiện LIGO không được phát hiện cho đến vài giờ sau khi các kính thiên văn khác ghi nhận tín hiệu.

Phòng thí nghiệm VIRGO, được khởi động chỉ ba ngày trước đó, không đưa ra tín hiệu nào dễ nhận biết. Ngoài ra, đã xảy ra sự cố mất mạng tại LIGO / VIRGO và ESA trong cùng ngày. Đã có những nghi ngờ về tính tương thích của tín hiệu với sự hợp nhất của sao neutron, tín hiệu quang học rất yếu, v.v. Mặt khác, nhiều nhà khoa học nghiên cứu về sóng hấp dẫn cho rằng thông tin hướng mà LIGO thu được chính xác hơn nhiều so với thông tin của hai kính thiên văn khác, và họ nói rằng phát hiện không thể là ngẫu nhiên.

Đối với Unziker, thật là một sự trùng hợp đáng lo ngại khi dữ liệu của cả GW150914 và GW170817, những sự kiện đầu tiên thuộc loại này được ghi nhận tại các cuộc họp báo lớn, được thu thập trong những trường hợp "bất thường" và không thể được tái tạo trong các điều kiện kỹ thuật tốt hơn nhiều vào thời điểm đó. số đo của loạt dài.

Điều này dẫn đến tin tức như một vụ nổ siêu tân tinh được cho là (hóa ra chỉ là ảo ảnh), sự va chạm độc nhất của các ngôi sao neutronnó buộc các nhà khoa học phải "suy nghĩ lại nhiều năm về sự khôn ngoan thông thường" hoặc thậm chí là một lỗ đen 70 mặt trời, mà nhóm LIGO gọi là xác nhận quá vội vàng về lý thuyết của họ.

Unziker cảnh báo về một tình huống trong đó thiên văn học sóng hấp dẫn sẽ có được danh tiếng khét tiếng vì đã cung cấp các vật thể thiên văn "vô hình" (nếu không). Để ngăn điều này xảy ra, nó cung cấp sự minh bạch hơn về các phương pháp, công bố các mẫu được sử dụng, tiêu chuẩn phân tích và đặt ngày hết hạn cho các sự kiện không được xác thực độc lập.