Хвалі нявызначанасці

У студзені гэтага года паведамлялася, што абсерваторыя LIGO зафіксавала, магчыма, другая падзея зліцця дзвюх нейтронных зорак. Гэтая інфармацыя выдатна выглядае ў СМІ, але ў шматлікіх навукоўцаў пачынаюць узнікаць сур'ёзныя сумневы ў дакладнасці адкрыццяў «гравіта-хвалевай астраноміі», якая зараджаецца.

У красавіку 2019 года дэтэктар LIGO у Лівінгстане, штат Луізіяна, выявіў камбінацыю аб'ектаў, размешчаных прыкладна ў 520 мільёнах светлавых гадоў ад Зямлі. Гэта назіранне, зробленае ўсяго на адным дэтэктары, у Хэнфардзе, было часова адключана, і Вірга не зарэгістравала з'яву, але тым не менш палічыла дастатковым сігналам з'явы.

Аналіз сігналаў GW190425 звярнуў увагу на сутыкненне падвойнай сістэмы з агульнай масай у 3,3 – 3,7 разы больш масы Сонца (1). Гэта відавочна больш, чым масы, звычайна назіраныя ў падвойных нейтронных зорных сістэмах Млечнага Шляху, якія складаюць ад 2,5 да 2,9 мас Сонца. Было выказана меркаванне, што адкрыццё можа ўяўляць сабой папуляцыю падвойных нейтронных зорак, якая раней не назіралася. Не ўсім падабаецца гэтае множанне істот звыш неабходнасці.

1. Візуалізацыя сутыкнення нейтроннай зоркі GW190425.

Справа ў тым, што GW190425 была зафіксавана адным дэтэктарам азначае, што навукоўцы не змаглі дакладна вызначыць месцазнаходжанне, а ў электрамагнітным дыяпазоне няма назіральнага следу, як у выпадку з GW170817, першага зліцця двух нейтронных зорак, назіранага LIGO (што таксама сумнеўна, але пра гэта ніжэй). Не выключана, што гэта былі не дзве нейтронныя зоркі. Магчыма, адзін з аб'ектаў Чорная дзірка. Можа, абодва былі. Але тады яны былі б меншымі чорнымі дзіркамі, чым любая вядомая чорная дзірка, і мадэлі адукацыі падвойных чорных дзюр прыйшлося б нанова будаваць.

Занадта шмат гэтых мадэляў і тэорый, каб да іх адаптавацца. Ці, можа быць, "гравітацыйна-хвалевая астраномія" пачне адаптавацца да навуковых строгасцяў старых абласцей касмічных назіранняў?

Занадта шмат ілжывых спрацоўванняў

Аляксандр Унзікер (2), нямецкі фізік-тэарэтык і паважаны аўтар навукова-папулярных тэкстаў, пісаў у лютым на сайце Medium, што, нягледзячы на ​​вялізныя чаканні, дэтэктары гравітацыйных хваляў LIGO і VIRGO (3) за год не паказалі нічога цікавага, акрамя для выпадковых ілжывых спрацоўванняў. Па словах навукоўца, гэта выклікае сур'ёзныя сумневы ў выкарыстоўваным метадзе.

З уручэннем Нобелеўскай прэміі па фізіцы ў 2017 годзе Райнеру Вайсу, Бары К. Бэрышу і Кіпу С. Торну пытанне аб магчымасці выяўлення гравітацыйных хваляў, здавалася, было вырашана раз і назаўжды. Рашэнне Нобелеўскага камітэта датычыцца выяўленне надзвычай моцнага сігналу GW150914 прадстаўлены на прэс-канферэнцыі ў лютым 2016 года, і ўжо згаданы сігнал GW170817, які быў прыпісаны зліццю дзвюх нейтронных зорак, паколькі два іншыя тэлескопы зафіксавалі збежны сігнал.

З таго часу яны ўвайшлі ў афіцыйную навуковую схему фізікі. Адкрыцці выклікалі захопленыя водгукі, і чакалася новая эра ў астраноміі. Гравітацыйныя хвалі павінны былі стаць "новым акном" у Сусвет, папоўніўшы арсенал раней вядомых тэлескопаў і прывёўшы да зусім новых відаў назірання. Многія параўноўвалі гэтае адкрыццё з тэлескопам Галілея 1609 года. Яшчэ больш захопленым было павышэнне адчувальнасці дэтэктараў гравітацыйных хваляў. Надзеі на дзясяткі уражлівых адкрыццяў і выяўленняў падчас цыкла назірання O3, распачатага ў красавіку 2019 года, былі вялізнымі. Аднак пакуль, адзначае Унцыкер, у нас нічога няма.

Калі быць дакладным, ніводны з сігналаў гравітацыйных хваляў, зарэгістраваных за апошнія некалькі месяцаў, не ўдалося праверыць незалежна. Замест гэтага было невытлумачальна вялікая колькасць ілжывых спрацоўванняў і сігналаў, якія затым былі паніжаны. Пятнаццаць падзей не прайшлі праверачны тэст з іншымі тэлескопамі. Акрамя таго, з праверкі знята 19 сігналаў.

Некаторыя з іх першапачаткова лічыліся вельмі значнымі - напрыклад, GW191117j ацэньвалася як падзея з верагоднасцю адзін у 28 мільярдаў гадоў, для GW190822c - адно ў 5 мільярдаў гадоў, а для GW200108v - 1 у 100 XNUMX. гады. Улічваючы, што разгляданы перыяд назірання не склаў нават цэлага года, такіх ілжывых спрацоўванняў вельмі шмат. Магчыма, нешта не так з самім метадам паведамлення аб сігналах, каментуе Унзікер.

Крытэрыі аднясення сігналаў да "памылак", па ім меркаванню, непразрыстыя. Гэта не толькі яго меркаванне. Вядомы фізік-тэарэтык Сабіна Хосенфельдэр, якая раней паказвала на недахопы ў метадах аналізу дадзеных дэтэктара LIGO, пракаментавала ў сваім блогу: «Гэта выклікае ў мяне галаўны боль, хлопцы. Калі вы не ведаеце, чаму ваш дэтэктар выяўляе тое, што здаецца вам не такім, як вы чакаеце, як вы можаце давяраць яму, калі ён бачыць тое, што вы чакаеце?

Інтэрпрэтацыя памылак мяркуе, што не існуе сістэматычнай працэдуры для аддзялення фактычных сігналаў ад іншых, акрамя як у пазбяганне абуральных супярэчнасцяў з іншымі назіраннямі. На жаль, цэлых 53 выпадкі "кандыдатных адкрыццяў" маюць адну агульную рысу - ніхто, акрамя паведамляе, гэтага не заўважыў.

Сродкі масавай інфармацыі схільныя дачасна святкаваць адкрыцці LIGO/VIRGO. Калі наступныя аналізы і пошукі пацверджанняў церпяць няўдачу, а так было ўжо некалькі месяцаў, у СМІ няма больш ні энтузіязму, ні паправак. Да гэтага менш эфектыўнага этапу СМІ ўвогуле не праяўляюць ніякай цікавасці.

Толькі адно выяўленне не выклікае сумневаў

Па словах Унцыкера, калі мы сачылі за развіццём сітуацыі з гучнай аб'явы аб адкрыцці ў 2016 годзе, цяперашнія сумневы не павінны выклікаць здзіўлення. Першая незалежная ацэнка дадзеных была праведзена групай з Інстытута Нільса Бора ў Капенгагене пад кіраўніцтвам Эндру Д. Джэксана. Іх аналіз дадзеных выявіў дзіўныя карэляцыі ў пакінутых сігналах, паходжанне якіх да гэтага часу незразумела, нягледзячы на ​​заявы каманды аб тым, што уключаны ўсе анамаліі. Сігналы генеруюцца, калі неапрацаваныя дадзеныя (пасля шырокай папярэдняй апрацоўкі і фільтраванні) параўноўваюцца з так званымі шаблоны, гэта значыць тэарэтычна чаканыя сігналы ад лікавага мадэлявання гравітацыйных хваль.

Аднак пры аналізе дадзеных такая працэдура дарэчная толькі тады, калі ўсталявана само існаванне сігналу і сапраўды вядомая яго форма. У адваротным выпадку аналіз шаблонаў з'яўляецца прыладай, якія ўводзяць у памылку. Джэксан вельмі эфектна прадставіў гэта падчас прэзентацыі, параўнаўшы працэдуру з аўтаматычным распазнаннем выявы аўтамабільных нумарных знакаў. Так, праблем з дакладным счытваннем па размытым малюнку няма, але толькі ў тым выпадку, калі ўсе якія праязджаюць побач аўтамабілі маюць нумарныя знакі сапраўды вызначанага памеру і стылю. Аднак калі б алгарытм ужываўся да малюнкаў «у прыродзе», ён бы распазнаў нумарны знак па любым яркім аб'екце з чорнымі плямамі. Гэта тое, што, на думку Унзікера, можа адбывацца з гравітацыйнымі хвалямі.

3. Сетка дэтэктараў гравітацыйных хваляў у свеце

Былі і іншыя сумневы адносна метадалогіі выяўлення сігналу. У адказ на крытыку капенгагенская група распрацавала метад, які выкарыстоўвае чыста статыстычныя характарыстыкі для выяўлення сігналаў без выкарыстання шаблонаў. Пры прымяненні ў выніках яшчэ выразна бачны першы інцыдэнт верасня 2015 года, але... пакуль толькі гэты. Гэтак моцную гравітацыйную хвалю можна назваць поспехам неўзабаве пасля запуску першага дэтэктара, але праз пяць гадоў адсутнасць наступных пацверджаных адкрыццяў пачынае выклікаць турботу. Калі ў бліжэйшыя дзесяць гадоў не будзе статыстычна значнага сігналу, то ці будзе першае выяўленне GW150915 яшчэ лічыць рэальным?

Хтосьці скажа, што гэта было пазней выяўленне GW170817, гэта значыць тэрмаядзерны сігнал падвойнай нейтроннай зоркі, які ўзгадняецца з прыборнымі назіраннямі ў вобласці гама-прамянёў і аптычнымі тэлескопамі. Нажаль, ёсць шмат неадпаведнасцяў: выяўленне LIGO было выяўлена толькі праз некалькі гадзін пасля таго, як іншыя тэлескопы адзначылі сігнал.

Лабараторыя VIRGO, запушчаная ўсяго трыма днямі раней, не дала ніякага вядомага сігналу. Акрамя таго, у той жа дзень адбыўся збой сеткі ў LIGO/VIRGO і ESA. Былі сумневы з нагоды сумяшчальнасці сігналу са зліццём нейтронных зорак, вельмі слабога аптычнага сігналу і т. д. З іншага боку, шматлікія навукоўцы, якія вывучаюць гравітацыйныя хвалі, сцвярджаюць, што інфармацыя аб кірунку, атрыманая LIGO, была нашмат больш дакладнай, чым інфармацыя двух іншых. тэлескопаў, і гавораць, што знаходка не магла быць выпадковым.

Для Унзікера даволі трывожным супадзеннем з'яўляецца тое, што дадзеныя як для GW150914, так і для GW170817, першых падзей такога роду, адзначаных на буйных прэс-канферэнцыях, былі атрыманы ў "няштатных" абставінах і не маглі быць прайграны ў значна лепшых тэхнічных умовах падчас вымярэння доўгіх серый.

Гэта прыводзіць да такіх навін, як меркаваны выбух звышновай (які аказаўся ілюзіяй), унікальнае сутыкненне нейтронных зоракгэта прымушае навукоўцаў "пераасэнсаваць гады агульнапрынятых ведаў" ці нават чорную дзірку масай 70 сонечных, якую каманда LIGO назвала занадта паспешным пацверджаннем іх тэорый.

Унзікер папярэджвае аб сітуацыі, калі гравітацыйна-хвалевая астраномія набудзе ганебную рэпутацыю пастаўшчыка "нябачных" (інакш) астранамічных аб'ектаў. Каб гэтага не адбылося, ён прапануе вялікую празрыстасць метадаў, публікацыю выкарыстоўваных шаблонаў, стандартаў аналізу і ўсталяванне тэрміна прыдатнасці для падзей, якія не пацверджаны незалежна.