Волны неопределенности
В январе этого года сообщалось, что обсерватория LIGO зафиксировала, возможно, второе событие слияния двух нейтронных звезд. Эта информация прекрасно выглядит в СМИ, но у многих ученых начинают возникать серьезные сомнения в достоверности открытий зарождающейся «гравито-волновой астрономии».
В апреле 2019 года детектор LIGO в Ливингстоне, штат Луизиана, обнаружил комбинацию объектов, расположенных примерно в 520 миллионах световых лет от Земли. Это наблюдение, сделанное всего на одном детекторе, в Хэнфорде, было временно отключено, и Вирго не зарегистрировала явление, но тем не менее сочла достаточным сигналом явления.
Анализ сигналов GW190425 указал на столкновение двойной системы с общей массой в 3,3 – 3,7 раза больше массы Солнца (1). Это явно больше, чем массы, обычно наблюдаемые в двойных нейтронных звездных системах Млечного Пути, которые составляют от 2,5 до 2,9 масс Солнца. Было высказано предположение, что открытие может представлять собой популяцию двойных нейтронных звезд, которая ранее не наблюдалась. Не всем нравится это умножение существ сверх необходимости.
1. Визуализация столкновения нейтронной звезды GW190425.
Дело в том, что GW190425 была зафиксирована одним детектором означает, что ученые не смогли точно определить местоположение, а в электромагнитном диапазоне нет наблюдательного следа, как в случае с GW170817, первого слияния двух нейтронных звезд, наблюдаемого LIGO (что также сомнительно , но об этом ниже). Не исключено, что это были не две нейтронные звезды. Возможно, один из объектов Черная дыра. Может быть, оба были. Но тогда они были бы меньшими черными дырами, чем любая известная черная дыра, и модели образования двойных черных дыр пришлось бы заново строить.
Слишком много этих моделей и теорий, чтобы к ним адаптироваться. Или, может быть, «гравитационно-волновая астрономия» начнет адаптироваться к научным строгостям старых областей космических наблюдений?
Слишком много ложных срабатываний
Александр Унзикер (2), немецкий физик-теоретик и уважаемый автор научно-популярных текстов, писал в феврале на сайте Medium, что, несмотря на огромные ожидания, детекторы гравитационных волн LIGO и VIRGO (3) за год не показали ничего интересного, кроме для случайных ложных срабатываний. По словам ученого, это вызывает серьезные сомнения в используемом методе.
С вручением Нобелевской премии по физике в 2017 году Райнеру Вайсу, Барри К. Бэришу и Кипу С. Торну вопрос о возможности обнаружения гравитационных волн, казалось, был решен раз и навсегда. Решение Нобелевского комитета касается обнаружение чрезвычайно сильного сигнала GW150914 представленный на пресс-конференции в феврале 2016 года, и уже упомянутый сигнал GW170817, который был приписан слиянию двух нейтронных звезд, поскольку два других телескопа зафиксировали сходящийся сигнал.
С тех пор они вошли в официальную научную схему физики. Открытия вызвали восторженные отклики, и ожидалась новая эра в астрономии. Гравитационные волны должны были стать «новым окном» во Вселенную, пополнив арсенал ранее известных телескопов и приведя к совершенно новым видам наблюдения. Многие сравнивали это открытие с телескопом Галилея 1609 года. Еще более восторженным было повышение чувствительности детекторов гравитационных волн. Надежды на десятки впечатляющих открытий и обнаружений во время цикла наблюдения O3, начавшегося в апреле 2019 года, были огромными. Однако пока, отмечает Унцикер, у нас ничего нет.
Если быть точным, ни один из сигналов гравитационных волн, зарегистрированных за последние несколько месяцев, не удалось проверить независимо. Вместо этого было необъяснимо большое количество ложных срабатываний и сигналов, которые затем были понижены. Пятнадцать событий не прошли проверочный тест с другими телескопами. Кроме того, с проверки снято 19 сигналов.
Некоторые из них изначально считались очень значимыми — например, GW191117j оценивалась как событие с вероятностью один в 28 миллиардов лет, для GW190822c — одно в 5 миллиардов лет, а для GW200108v — 1 в 100 XNUMX. годы. Учитывая, что рассматриваемый период наблюдения не составил даже целого года, таких ложных срабатываний очень много. Возможно, что-то не так с самим методом сообщения о сигналах, комментирует Унзикер.
Критерии отнесения сигналов к «ошибкам», по его мнению, непрозрачны. Это не только его мнение. Известный физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер, которая ранее указывала на недостатки в методах анализа данных детектора LIGO, прокомментировала в своем блоге: «Это вызывает у меня головную боль, ребята. Если вы не знаете, почему ваш детектор обнаруживает то, что кажется вам не таким, как вы ожидаете, как вы можете доверять ему, когда он видит то, что вы ожидаете?»
Интерпретация ошибок предполагает, что не существует систематической процедуры для отделения фактических сигналов от других, кроме как во избежание вопиющих противоречий с другими наблюдениями. К сожалению, целых 53 случая “кандидатных открытий” имеют одну общую черту – никто, кроме сообщающего, этого не заметил.
Средства массовой информации склонны преждевременно праздновать открытия LIGO/VIRGO. Когда последующие анализы и поиски подтверждений терпят неудачу, а так было уже несколько месяцев, в СМИ нет больше ни энтузиазма, ни поправок. К этому менее эффективному этапу СМИ вообще не проявляют никакого интереса.
Только одно обнаружение не вызывает сомнений
По словам Унцикера, если мы следили за развитием ситуации с громкого объявления об открытии в 2016 году, нынешние сомнения не должны вызывать удивления. Первая независимая оценка данных была проведена группой из Института Нильса Бора в Копенгагене под руководством Эндрю Д. Джексона. Их анализ данных выявил странные корреляции в оставшихся сигналах, происхождение которых до сих пор неясно, несмотря на заявления команды о том, что включены все аномалии. Сигналы генерируются, когда необработанные данные (после обширной предварительной обработки и фильтрации) сравниваются с так называемыми шаблоны, то есть теоретически ожидаемые сигналы от численного моделирования гравитационных волн.
Однако при анализе данных такая процедура уместна только тогда, когда установлено само существование сигнала и точно известна его форма. В противном случае анализ шаблонов является инструментом, вводящим в заблуждение. Джексон очень эффектно представил это во время презентации, сравнив процедуру с автоматическим распознаванием изображения автомобильных номерных знаков. Да, проблем с точным считыванием по размытому изображению нет, но только в том случае, если все проезжающие рядом автомобили имеют номерные знаки точно определенного размера и стиля. Однако если бы алгоритм применялся к изображениям «в природе», он бы распознал номерной знак по любому яркому объекту с черными пятнами. Это то, что, по мнению Унзикера, может происходить с гравитационными волнами.
3. Сеть детекторов гравитационных волн в мире
Были и другие сомнения относительно методологии обнаружения сигнала. В ответ на критику копенгагенская группа разработала метод, использующий чисто статистические характеристики для обнаружения сигналов без использования шаблонов. При применении в результатах еще отчетливо виден первый инцидент сентября 2015 года, но… пока только этот. Столь сильную гравитационную волну можно назвать «удачей» вскоре после запуска первого детектора, но через пять лет отсутствие дальнейших подтвержденных открытий начинает вызывать беспокойство. Если в ближайшие десять лет не будет статистически значимого сигнала, то будет ли первое обнаружение GW150915 еще считать реальным?
Кто-то скажет, что это было позже обнаружение GW170817, то есть термоядерный сигнал двойной нейтронной звезды, согласующийся с приборными наблюдениями в области гамма-лучей и оптическими телескопами. К сожалению, есть много несоответствий: обнаружение LIGO было обнаружено только через несколько часов после того, как другие телескопы отметили сигнал.
Лаборатория VIRGO, запущенная всего тремя днями ранее, не дала никакого узнаваемого сигнала. Кроме того, в тот же день произошел сбой сети в LIGO/VIRGO и ESA. Были сомнения по поводу совместимости сигнала со слиянием нейтронных звезд, очень слабого оптического сигнала и т. д. С другой стороны, многие ученые, изучающие гравитационные волны, утверждают, что информация о направлении, полученная LIGO, была намного более точной, чем информация двух других телескопов, и говорят, что находка не могла быть случайным.
Для Унзикера довольно тревожным совпадением является то, что данные как для GW150914, так и для GW170817, первых событий такого рода, отмеченных на крупных пресс-конференциях, были получены в «нештатных» обстоятельствах и не могли быть воспроизведены в гораздо лучших технических условиях во время измерения длинных серий.
Это приводит к таким новостям, как предполагаемый взрыв сверхновой (который оказался иллюзией), уникальное столкновение нейтронных звездэто заставляет ученых «переосмыслить годы общепринятых знаний» или даже черную дыру массой 70 солнечных, которую команда LIGO назвала слишком поспешным подтверждением их теорий.
Унзикер предупреждает о ситуации, когда гравитационно-волновая астрономия приобретет позорную репутацию поставщика «невидимых» (иначе) астрономических объектов. Чтобы этого не произошло, он предлагает большую прозрачность методов, публикацию используемых шаблонов, стандартов анализа и установление срока годности для событий, которые не подтверждены независимо.
