امواج عدم قطعیت

در ژانویه سال جاری، گزارش شد که رصدخانه LIGO اتفاقی را که ممکن است دومین رویداد ادغام دو ستاره نوترونی باشد، ثبت کرده است. این اطلاعات در رسانه ها عالی به نظر می رسد، اما بسیاری از دانشمندان شروع به شک و تردید جدی در مورد قابلیت اطمینان اکتشافات "نجوم موج گرانشی" در حال ظهور کرده اند.

در آوریل 2019، آشکارساز LIGO در لیوینگستون، لوئیزیانا، ترکیبی از اجرام را کشف کرد که تقریباً 520 میلیون سال نوری از زمین فاصله داشتند. این مشاهده که فقط در یک آشکارساز در هانفورد انجام شد، به طور موقت غیرفعال شد و Virgo این پدیده را ثبت نکرد، اما با این وجود سیگنال کافی از این پدیده در نظر گرفته شد.

آنالیز سیگنال GW190425 برخورد یک سیستم دوتایی با جرم کل 3,3 تا 3,7 برابر جرم خورشید را نشان داد (1). این به وضوح بزرگ‌تر از جرم‌هایی است که معمولاً در سیستم‌های ستاره‌ای نوترونی دوتایی در کهکشان راه شیری مشاهده می‌شود که بین ۲.۵ تا ۲.۹ جرم خورشیدی است. پیشنهاد شده است که این کشف ممکن است نشان دهنده جمعیتی از ستارگان نوترونی دوتایی باشد که قبلاً مشاهده نشده بود. این تکثیر موجودات فراتر از ضرورت را همه دوست ندارند.

1. تجسم برخورد ستاره نوترونی GW190425.

واقعیت این است که GW190425 توسط یک آشکارساز کشف شد به این معنی که دانشمندان قادر به تعیین مکان دقیق نبودند و هیچ علامت رصدی در محدوده الکترومغناطیسی وجود ندارد، همانطور که در مورد GW170817، اولین ادغام دو ستاره نوترونی مشاهده شده توسط LIGO (که همچنین مشکوک است، اما بیشتر در مورد آن در زیر). ممکن است این دو ستاره نوترونی نبوده باشند. شاید یکی از اشیاء سیاه چاله. شاید هر دو بودند. اما در این صورت آنها سیاهچاله های کوچکتری از هر سیاهچاله شناخته شده ای خواهند بود و مدل های تشکیل سیاهچاله های دوتایی باید دوباره ساخته شوند.

تعداد زیادی از این مدل ها و تئوری ها برای انطباق با آنها وجود دارد. یا شاید «نجوم امواج گرانشی» شروع به انطباق با سختی‌های علمی میدان‌های قدیمی‌تر رصد فضا کند؟

موارد مثبت کاذب بیش از حد

الکساندر یونسیکر (2)، فیزیکدان نظری آلمانی و نویسنده محترم متون علمی رایج، در ماه فوریه در وب سایت Medium نوشت که، علیرغم انتظارات فراوان، آشکارسازهای امواج گرانشی LIGO و VIRGO (3) در طول یک سال هیچ چیز جالبی را نشان نداده اند. به جز موارد مثبت کاذب تصادفی به گفته این دانشمند، این شک و تردیدهای جدی را در مورد روش مورد استفاده ایجاد می کند.

با اعطای جایزه نوبل فیزیک در سال 2017 به راینر وایس، بری کی باریش و کیپ اس. تورن، به نظر می رسید که این سوال که آیا امواج گرانشی قابل تشخیص هستند یا نه، یک بار برای همیشه حل شد. تصمیم کمیته نوبل نگران است تشخیص سیگنال بسیار قوی GW150914 در یک کنفرانس مطبوعاتی در فوریه 2016 ارائه شد و سیگنال قبلاً ذکر شده GW170817 که به ادغام دو ستاره نوترونی نسبت داده شد، زیرا دو تلسکوپ دیگر یک سیگنال همگرا را ثبت کردند.

از آن زمان به بعد آنها وارد طرح علمی رسمی فیزیک شدند. این اکتشافات واکنش‌های مشتاقانه‌ای را برانگیخت و انتظار می‌رفت دوران جدیدی در نجوم پیش برود. قرار بود امواج گرانشی به "پنجره ای جدید" به کیهان تبدیل شوند و به زرادخانه تلسکوپ های شناخته شده قبلی اضافه کنند و به انواع کاملاً جدیدی از رصد منجر شوند. بسیاری این کشف را با تلسکوپ 1609 گالیله مقایسه کردند. حتی هیجان انگیزتر افزایش حساسیت آشکارسازهای امواج گرانشی بود. امیدها برای ده ها کشف و اکتشاف هیجان انگیز در طول چرخه رصد O3 که در آوریل 2019 آغاز شد، زیاد بود. با این حال، در حال حاضر، Unzicker اشاره می کند، ما چیزی نداریم.

به طور دقیق، هیچ یک از سیگنال های امواج گرانشی که در چند ماه گذشته شناسایی شده اند، به طور مستقل تأیید نشده اند. در عوض، تعداد غیرقابل توضیحی زیادی از سیگنال‌ها و مثبت‌های کاذب وجود داشت که سپس کاهش یافتند. پانزده رویداد در آزمون اعتبارسنجی با تلسکوپ های دیگر شکست خوردند. علاوه بر این، 19 سیگنال از بازرسی حذف شد.

برخی از آنها در ابتدا بسیار مهم در نظر گرفته شدند - برای مثال، GW191117j یک رویداد احتمال یک در 28 میلیارد سال تخمین زده شد، GW190822c یک در 5 میلیارد سال احتمال داشت، و GW200108v یک احتمال 1 در 100 میلیارد سال داشت. سال ها. با توجه به اینکه دوره مشاهده مورد بحث حتی یک سال کامل هم نبوده است، از این قبیل موارد مثبت کاذب فراوان وجود دارد. Unzicker اظهار می کند که ممکن است مشکلی در نحوه گزارش سیگنال ها وجود داشته باشد.

معیارهای طبقه بندی سیگنال ها به عنوان "خطا"، به نظر او، شفاف نیستند. این فقط نظر او نیست. فیزیکدان نظری مشهور سابین هوسنفلدر، که قبلاً به نقص‌های تکنیک‌های تجزیه و تحلیل داده‌های آشکارساز LIGO اشاره کرده بود، در وبلاگ خود اظهار داشت: «بچه‌ها، این به من سردرد می‌دهد. اگر نمی دانید چرا آشکارساز شما چیزی را می بیند که به نظر آن چیزی نیست که شما انتظار دارید، چگونه می توانید به آن اعتماد کنید تا آنچه را که انتظار دارید ببیند؟

تفسیر خطا فرض می کند که هیچ روش سیستماتیکی برای جداسازی سیگنال های واقعی از دیگران وجود ندارد، به جز برای جلوگیری از تضاد آشکار با مشاهدات دیگر. متأسفانه، 53 مورد "کشف های نامزد" یک چیز مشترک دارند - هیچ کس به جز گزارشگر متوجه آن نشد.

رسانه ها تمایل دارند که اکتشافات LIGO/VIRGO را پیش از موعد جشن بگیرند. وقتی تحلیل‌ها و جستجوهای بعدی برای تایید شکست می‌خورد، همانطور که ماه‌ها اتفاق افتاده است، دیگر هیچ شور و اشتیاق یا اصلاحی در رسانه‌ها وجود ندارد. رسانه ها اصلاً علاقه ای به این مرحله کمتر مؤثر نشان نمی دهند.

تنها یک تشخیص بدون شک است

به گفته Unzicker، اگر از زمان اعلام بزرگ افتتاحیه در سال 2016 وضعیت را دنبال کرده باشیم، تردیدهای فعلی نباید تعجب آور باشند. اولین ارزیابی مستقل از داده ها توسط تیمی از موسسه نیلز بور در کپنهاگ به رهبری اندرو دی. جکسون انجام شد. تجزیه و تحلیل آنها از داده ها، همبستگی های عجیبی را در سیگنال های باقی مانده نشان داد که منشاء آنها هنوز مشخص نیست، علی رغم ادعای تیم مبنی بر اینکه همه ناهنجاری ها گنجانده شده است. سیگنال‌ها زمانی تولید می‌شوند که داده‌های خام (پس از پیش‌پردازش و فیلتر کردن گسترده) با به‌اصطلاح الگوها، یعنی سیگنال‌های مورد انتظار نظری از شبیه‌سازی‌های عددی امواج گرانشی، مقایسه شوند.

با این حال، هنگام تجزیه و تحلیل داده ها، چنین رویه ای تنها زمانی مناسب است که وجود سیگنال ثابت شود و شکل آن دقیقاً مشخص باشد. در غیر این صورت، تجزیه و تحلیل الگو یک ابزار گمراه کننده است. جکسون این کار را در طول ارائه خود بسیار مؤثر کرد و این روش را با تشخیص خودکار تصویر پلاک خودرو مقایسه کرد. بله، هیچ مشکلی برای خواندن دقیق از یک تصویر تار وجود ندارد، اما تنها در صورتی که همه خودروهایی که از نزدیکی عبور می‌کنند دارای پلاک‌هایی با اندازه و سبک باشند. با این حال، اگر این الگوریتم بر روی تصاویر "در طبیعت" اعمال شود، پلاک خودرو را از هر جسم روشن با نقاط سیاه تشخیص می دهد. این همان چیزی است که Unzicker فکر می کند ممکن است با امواج گرانشی اتفاق بیفتد.

3. شبکه آشکارسازهای امواج گرانشی در جهان

نگرانی های دیگری در مورد روش تشخیص سیگنال وجود داشت. در پاسخ به انتقادات، گروه کپنهاگ روشی را ابداع کرد که از ویژگی‌های آماری صرف برای تشخیص سیگنال‌ها بدون استفاده از الگوها استفاده می‌کند. در صورت اعمال، نتایج هنوز به وضوح اولین حادثه سپتامبر 2015 را نشان می دهد، اما... فعلاً فقط این مورد. چنین موج گرانشی قوی ممکن است به زودی پس از پرتاب اولین آشکارساز به عنوان یک "شانس" در نظر گرفته شود، اما پس از پنج سال عدم وجود اکتشافات تایید شده بیشتر باعث نگرانی شده است. اگر در ده سال آینده سیگنال آماری معناداری وجود نداشته باشد، وجود خواهد داشت اولین تشخیص GW150915 هنوز واقعی در نظر گرفته می شود؟

برخی خواهند گفت که بعداً بوده است تشخیص GW170817، یعنی یک سیگنال گرما هسته ای از یک ستاره نوترونی دوتایی، مطابق با مشاهدات ابزاری در ناحیه پرتو گاما و تلسکوپ های نوری. متأسفانه، تناقضات زیادی وجود دارد: تشخیص LIGO تنها چند ساعت پس از اینکه تلسکوپ های دیگر سیگنال را مشاهده کردند، کشف شد.

آزمایشگاه VIRGO که فقط سه روز قبل راه اندازی شد، هیچ سیگنال قابل تشخیصی تولید نکرد. علاوه بر این، LIGO/VIRGO و ESA در همان روز با شکست شبکه مواجه شدند. در مورد سازگاری سیگنال با ادغام ستاره نوترونی، سیگنال نوری بسیار ضعیف و غیره تردیدهایی وجود داشت. از سوی دیگر، بسیاری از دانشمندانی که امواج گرانشی را مطالعه می کنند ادعا می کنند که اطلاعات جهت به دست آمده توسط LIGO بسیار دقیق تر از اطلاعات دیگر است. دو تلسکوپ، و آنها می گویند که این کشف نمی تواند تصادفی باشد.

برای Unzicker، تصادفی نگران‌کننده است که داده‌های GW150914 و GW170817، اولین رویدادهایی از نوع خود که در کنفرانس‌های مطبوعاتی مهم برجسته شدند، در شرایط «غیر طبیعی» به‌دست آمدند و نمی‌توانستند تحت شرایط فنی بسیار بهتری تولید شوند. اندازه گیری های سری طولانی زمانی

این منجر به اخباری مانند انفجار ابرنواختری (که معلوم شد یک توهم است) می شود. برخورد منحصر به فرد ستاره نوترونیاین دانشمندان را وادار می کند تا «سال ها دانش پذیرفته شده» یا حتی سیاهچاله 70 جرمی خورشیدی را که تیم LIGO آن را تأییدی بیش از حد عجولانه برای تئوری های خود نامید، تجدید نظر کنند.

آنزیکر در مورد وضعیتی هشدار می دهد که در آن نجوم امواج گرانشی بدنامی ارائه اجرام نجومی "در غیر این صورت نامرئی" را به دست می آورد. برای جلوگیری از این اتفاق، او شفافیت بیشتر روش‌ها، انتشار الگوهای مورد استفاده، استانداردهای تحلیل و تعیین تاریخ انقضا برای رویدادهایی که به طور مستقل تأیید نشده‌اند را پیشنهاد می‌کند.