Vlny nejistoty

V lednu tohoto roku bylo oznámeno, že observatoř LIGO zaznamenala možná druhou událost sloučení dvou neutronových hvězd. Tyto informace vypadají v médiích skvěle, ale řada vědců začíná mít vážné pochybnosti o spolehlivosti objevů vznikající „gravitační astronomie“.

V dubnu 2019 detekoval detektor LIGO v Livingstonu v Louisianě kombinaci objektů umístěných asi 520 milionů světelných let od Země. Toto pozorování, provedené pouze jedním detektorem v Hanfordu, bylo dočasně deaktivováno a Panna jev nezaregistrovala, ale přesto to považovala za dostatečný signál jevu.

Analýza signálu GW190425 poukázal na srážku binárního systému o celkové hmotnosti 3,3 - 3,7 násobku hmotnosti Slunce (1). To je zřetelně větší než hmotnosti běžně pozorované v systémech binárních neutronových hvězd v Mléčné dráze, které jsou mezi 2,5 a 2,9 hmotnosti Slunce. Bylo navrženo, že objev může představovat populaci dvojitých neutronových hvězd, která dosud nebyla pozorována. Ne každému se toto množení bytostí za nezbytností líbí.

1. Vizualizace srážky neutronové hvězdy GW190425.

Faktem je, že GW190425 byla zaznamenána jediným detektorem, což znamená, že vědci nebyli schopni přesně určit polohu a v elektromagnetickém rozsahu neexistuje žádná pozorovací stopa, jako v případě GW170817, prvního spojení dvou neutronových hvězd pozorovaných LIGO (což je také pochybné , ale o tom více níže). Je možné, že to nebyly dvě neutronové hvězdy. Možná jeden z objektů Černá díra. Možná byli oba. Pak by to ale byly menší černé díry než jakákoli známá černá díra a modely pro vznik binárních černých děr by musely být přestavěny.

Těchto modelů a teorií je příliš mnoho na to, abychom se jim přizpůsobili. Nebo se možná „astronomie gravitačních vln“ začne přizpůsobovat vědecké přísnosti starých oborů pozorování vesmíru?

Příliš mnoho falešných poplachů

Alexander Unziker (2), německý teoretický fyzik a uznávaný populárně-naučný spisovatel, v únoru na Medium napsal, že navzdory obrovským očekáváním detektory gravitačních vln LIGO a VIRGO (3) za rok neukázaly nic zajímavého, kromě náhodných falešných poplachů. Podle vědce to vyvolává vážné pochybnosti o použité metodě.

S Nobelovou cenou za fyziku za rok 2017 udělenou Rainer Weiss, Barry K. Barish a Kip S. Thorne se zdálo, že otázka, zda je možné detekovat gravitační vlny, je jednou provždy vyřešena. Rozhodnutí Nobelova výboru se týká extrémně silná detekce signálu GW150914 prezentovaný na tiskové konferenci v únoru 2016 a již zmíněný signál GW170817, který byl přisuzován sloučení dvou neutronových hvězd, neboť dva další dalekohledy zaznamenaly konvergující signál.

Od té doby vstoupily do oficiálního vědeckého schématu fyziky. Objevy vyvolaly nadšené ohlasy a očekávala se nová éra v astronomii. Gravitační vlny měly být „novým oknem“ do vesmíru, přidat do arzenálu dříve známých dalekohledů a vést ke zcela novým typům pozorování. Mnozí tento objev přirovnávali k Galileovu dalekohledu 1609. Ještě větší nadšení vyvolala zvýšená citlivost detektorů gravitačních vln. Naděje na desítky vzrušujících objevů a detekcí během pozorovacího cyklu O3, který začal v dubnu 2019, byly velké. Unziker však poznamenává, že zatím nemáme nic.

Abychom byli přesní, žádný ze signálů gravitačních vln zaznamenaných za posledních několik měsíců nebyl nezávisle ověřen. Místo toho došlo k nevysvětlitelně vysokému počtu falešně pozitivních výsledků a signálů, které byly následně sníženy. Patnáct událostí neprošlo ověřovacím testem s jinými dalekohledy. Kromě toho bylo z testu odstraněno 19 signálů.

Některé z nich byly zpočátku považovány za velmi významné - například GW191117j byl odhadován jako událost s pravděpodobností jedna za 28 miliard let, pro GW190822c - jedna za 5 miliard let a pro GW200108v - 1 ze 100 XNUMX. let. Vzhledem k tomu, že sledované období nebylo ani celý rok, je takových falešných poplachů hodně. Se samotnou signalizační metodou může být něco špatně, komentuje Unziker.

Kritéria pro klasifikaci signálů jako „chyby“ podle něj nejsou transparentní. Není to jen jeho názor. Renomovaná teoretická fyzička Sabina Hossenfelder, která již dříve upozornila na nedostatky v metodách analýzy dat detektoru LIGO, na svém blogu uvedla: „Bolí mě z toho hlava, lidi. Pokud nevíte, proč váš detektor zachytí něco, co se nezdá být to, co očekáváte, jak mu můžete věřit, když vidí, co očekáváte?

Interpretace chyb naznačuje, že neexistuje žádný systematický postup pro oddělení skutečných signálů od ostatních, kromě toho, aby se zabránilo zjevným rozporům s jinými pozorováními. Bohužel až 53 případů „kandidátských objevů“ má jedno společné – nikdo kromě reportéra si toho nevšiml.

Média mají tendenci předčasně oslavovat objevy LIGO/PANNA. Když následné analýzy a hledání potvrzení selžou, jak tomu bylo již několik měsíců, v médiích už není nadšení ani korekce. V této méně efektivní fázi nejeví média vůbec žádný zájem.

Pouze jedna detekce je jistá

Pokud jsme podle Unzikera sledovali vývoj situace od vysoce sledovaného oznámení o otevření v roce 2016, neměly by být současné pochybnosti překvapením. První nezávislé vyhodnocení dat provedl tým z Institutu Nielse Bohra v Kodani pod vedením Andrewa D. Jacksona. Jejich analýza dat odhalila podivné korelace ve zbývajících signálech, jejichž původ je stále nejasný, přestože tým tvrdí, že včetně všech anomálií. Signály jsou generovány, když jsou surová data (po rozsáhlém předzpracování a filtrování) porovnána s tzv. šablonami, tedy teoreticky očekávanými signály z numerických simulací gravitačních vln.

Při analýze dat je však takový postup vhodný pouze tehdy, když je zjištěna samotná existence signálu a je přesně znám jeho tvar. Jinak je analýza vzorů zavádějící nástroj. Jackson to během prezentace velmi zefektivnil, když postup přirovnal k automatickému rozpoznávání obrazu poznávací značky aut. Ano, s přesným čtením na rozmazaném snímku není problém, ale pouze v případě, že všechna auta projíždějící poblíž mají poznávací značky přesně té správné velikosti a stylu. Pokud by však byl algoritmus aplikován na obrázky „v přírodě“, poznal by SPZ od jakéhokoli jasného objektu s černými skvrnami. To je to, co si Unziker myslí, že se může stát gravitačním vlnám.

3. Síť detektorů gravitačních vln ve světě

Další pochybnosti byly o metodice detekce signálu. V reakci na kritiku vyvinula Kodaňská skupina metodu, která využívá čistě statistické charakteristiky k detekci signálů bez použití vzorů. Při aplikaci je ve výsledcích stále jasně vidět první incident ze září 2015, ale ... zatím jen tento. Tak silnou gravitační vlnu lze krátce po vypuštění prvního detektoru nazvat „hodně štěstí“, ale po pěti letech začíná nedostatek dalších potvrzených objevů vyvolávat obavy. Pokud v příštích deseti letech nebude žádný statisticky významný signál, bude první pozorování GW150915 stále považovány za skutečné?

Někdo řekne, že to bylo později detekce GW170817, tedy termonukleární signál binární neutronové hvězdy, v souladu s instrumentálními pozorováními v oblasti gama záření a optickými dalekohledy. Bohužel je zde mnoho nesrovnalostí: detekce LIGO byla objevena až několik hodin poté, co ostatní dalekohledy zaznamenaly signál.

Laboratoř PANNA, spuštěná před pouhými třemi dny, nevydala žádný rozpoznatelný signál. Ve stejný den navíc došlo k výpadku sítě v LIGO/VIRGO a ESA. Existovaly pochybnosti o kompatibilitě signálu se splynutím neutronové hvězdy, velmi slabým optickým signálem atd. Na druhou stranu mnozí vědci, kteří studují gravitační vlny, tvrdí, že informace o směru získané pomocí LIGO byly mnohem přesnější než informace další dva dalekohledy a říkají, že nález nemohl být náhodný.

Pro Unziker je poněkud znepokojující shoda okolností, že data pro GW150914 a GW170817, první události tohoto druhu zaznamenané na velkých tiskových konferencích, byly získány za „nenormálních“ okolností a nebylo možné je v té době reprodukovat za mnohem lepších technických podmínek. měření dlouhých sérií.

To vede ke zprávám, jako je předpokládaný výbuch supernovy (který se ukázal jako iluze), unikátní srážka neutronových hvězdnutí vědce „přehodnotit léta konvenční moudrosti“ nebo dokonce 70 sluneční černou díru, kterou tým LIGO označil za příliš ukvapené potvrzení jejich teorií.

Unziker varuje před situací, kdy astronomie gravitačních vln získá neslavnou pověst poskytováním „neviditelných“ (jinak) astronomických objektů. Aby k tomu nedocházelo, nabízí větší transparentnost metod, zveřejnění použitých šablon, standardů analýzy a nastavení data vypršení platnosti pro události, které nejsou nezávisle ověřeny.