Ondas de incerteza

En xaneiro deste ano, informouse de que o observatorio LIGO rexistrou o que pode ser o segundo suceso da fusión de dúas estrelas de neutróns. Esta información parece estupenda nos medios de comunicación, pero moitos científicos comezan a ter serias dúbidas sobre a fiabilidade dos descubrimentos da emerxente "astronomía de ondas gravitatorias".

En abril de 2019, o detector LIGO de Livingston, Luisiana, detectou unha combinación de obxectos situados a uns 520 millóns de anos luz da Terra. Esta observación, feita cun só detector, en Hanford, foi temporalmente desactivada, e Virgo non rexistrou o fenómeno, pero con todo considerouno un sinal suficiente do fenómeno.

Análise de sinal GW190425 sinalou a colisión dun sistema binario cunha masa total de 3,3 - 3,7 veces a masa do Sol (1). Isto é claramente maior que as masas observadas habitualmente nos sistemas de estrelas de neutróns binarias da Vía Láctea, que están entre 2,5 e 2,9 masas solares. Suxeriuse que o descubrimento pode representar unha poboación de estrelas de neutróns dobres que non foi observada antes. Non a todo o mundo lle gusta esta multiplicación de seres máis aló da necesidade.

1. Visualización da colisión da estrela de neutróns GW190425.

Feito é que GW190425 foi rexistrado por un único detector significa que os científicos non puideron determinar a localización exacta, e non hai ningún rastro observacional no rango electromagnético, como no caso de GW170817, a primeira fusión de dúas estrelas de neutróns observada por LIGO (o cal tamén é dubidoso). , pero máis sobre iso a continuación). É posible que non fosen dúas estrelas de neutróns. Quizais un dos obxectos Burato negro. Quizais fosen os dous. Pero entón serían buracos negros máis pequenos que calquera burato negro coñecido, e habería que reconstruír modelos para a formación de buracos negros binarios.

Hai demasiados destes modelos e teorías para adaptarse. Ou quizais a "astronomía de ondas gravitacionais" empece a adaptarse ao rigor científico dos vellos campos da observación espacial?

Demasiados falsos positivos

Alexander Unzicker (2), un físico teórico alemán e respectado escritor de divulgación científica, escribiu en Medium en febreiro que, a pesar das grandes expectativas, os detectores de ondas gravitacionais LIGO e VIRGO (3) non mostraron nada interesante nun ano, salvo falsos positivos aleatorios. Segundo o científico, isto suscita serias dúbidas sobre o método utilizado.

Co Premio Nobel de Física de 2017 concedido a Rainer Weiss, Barry K. Barish e Kip S. Thorne, a cuestión de se se podían detectar as ondas gravitatorias parecía resolta dunha vez por todas. A decisión do Comité Nobel preocupa detección de sinal extremadamente forte GW150914 presentado nunha rolda de prensa en febreiro de 2016, e o xa mencionado sinal GW170817, que foi atribuído á fusión de dúas estrelas de neutróns, xa que outros dous telescopios rexistraron un sinal converxente.

Desde entón, entraron no esquema científico oficial da física. Os descubrimentos provocaron respostas entusiastas, e esperábase unha nova era na astronomía. Suponse que as ondas gravitacionais eran unha "nova xanela" para o Universo, engadindo ao arsenal de telescopios coñecidos anteriormente e levando a tipos de observación completamente novos. Moitos compararon este descubrimento co telescopio de Galileo en 1609. Aínda máis entusiasta foi a maior sensibilidade dos detectores de ondas gravitacionais. As esperanzas de decenas de descubrimentos e deteccións emocionantes durante o ciclo de observación do O3 que comezou en abril de 2019 eran altas. Non obstante, ata agora, sinala Unziker, non temos nada.

Para ser precisos, ningún dos sinais de ondas gravitacionais rexistrados nos últimos meses foi verificado de forma independente. En cambio, houbo un número inexplicablemente alto de falsos positivos e sinais, que despois foron rebaixados. Quince eventos non superaron a proba de validación con outros telescopios. Ademais, elimináronse 19 sinais da proba.

Algúns deles consideráronse inicialmente moi significativos; por exemplo, estimouse que GW191117j era un evento cunha probabilidade de un en 28 millóns de anos, para GW190822c, un en 5 millóns de anos, e para GW200108v, 1 en 100. anos. Tendo en conta que o período de observación en consideración non foi nin un ano enteiro, hai moitos falsos positivos deste tipo. Pode haber algo mal co propio método de sinalización, comenta Unziker.

Os criterios para clasificar os sinais como "erros", ao seu xuízo, non son transparentes. Non é só a súa opinión. A recoñecida física teórica Sabine Hossenfelder, que xa sinalou previamente as deficiencias nos métodos de análise de datos dos detectores LIGO, comentou no seu blog: "Isto dáme dor de cabeza, amigos. Se non sabes por que o teu detector capta algo que non esperas, como podes confiar nel cando ve o que esperas?

A interpretación do erro suxire que non existe un procedemento sistemático para separar os sinais reais doutros, salvo para evitar contradicións flagrantes con outras observacións. Desafortunadamente, ata 53 casos de "descubrimentos de candidatos" teñen unha cousa en común: ninguén, excepto o xornalista, se decatou diso.

Os medios adoitan celebrar prematuramente os descubrimentos de LIGO/VIRGO. Cando as análises posteriores e as procuras de confirmación fracasan, como xa leva varios meses, xa non hai máis entusiasmo nin corrección nos medios. Nesta etapa menos efectiva, os medios non amosan ningún interese.

Só unha detección é segura

Segundo Unziker, se seguimos o desenvolvemento da situación desde o anuncio de apertura de alto perfil en 2016, as dúbidas actuais non deberían sorprender. A primeira avaliación independente dos datos foi realizada por un equipo do Instituto Niels Bohr de Copenhague dirixido por Andrew D. Jackson. A súa análise dos datos revelou estrañas correlacións nos sinais restantes, cuxa orixe aínda non está clara, a pesar das afirmacións do equipo de que todas as anomalías incluídas. Os sinais xéranse cando os datos en bruto (despois dun amplo preprocesamento e filtrado) se comparan cos chamados modelos, é dicir, os sinais teoricamente esperados de simulacións numéricas de ondas gravitacionais.

Non obstante, cando se analizan datos, tal procedemento só é apropiado cando se establece a propia existencia do sinal e se coñece con precisión a súa forma. Se non, a análise de patróns é unha ferramenta enganosa. Jackson fixo isto moi efectivo durante a presentación, comparando o procedemento co recoñecemento automático de imaxes das matrículas dos coches. Si, non hai problemas coa lectura precisa dunha imaxe borrosa, pero só se todos os coches que pasan preto teñen matrículas do tamaño e estilo correctos. Non obstante, se o algoritmo se aplicase a imaxes "na natureza", recoñecería a matrícula de calquera obxecto brillante con puntos negros. Isto é o que Unziker pensa que pode pasar coas ondas gravitacionais.

3. Rede de detectores de ondas gravitacionais no mundo

Houbo outras dúbidas sobre a metodoloxía de detección de sinal. En resposta ás críticas, o grupo de Copenhague desenvolveu un método que utiliza características puramente estatísticas para detectar sinais sen o uso de patróns. Cando se aplica, o primeiro incidente de setembro de 2015 aínda é claramente visible nos resultados, pero... ata agora só este. Unha onda gravitacional tan forte pódese chamar "boa sorte" pouco despois do lanzamento do primeiro detector, pero despois de cinco anos, a falta de novos descubrimentos confirmados comeza a causar preocupación. Se non hai un sinal estatisticamente significativo nos próximos dez anos, haberá primeiro avistamento de GW150915 aínda se considera real?

Algúns dirán que foi despois detección de GW170817, é dicir, o sinal termonuclear dunha estrela de neutróns binaria, consistente coas observacións instrumentais na rexión de raios gamma e telescopios ópticos. Desafortunadamente, hai moitas inconsistencias: a detección de LIGO non se descubriu ata varias horas despois de que outros telescopios notaran o sinal.

O laboratorio VIRGO, lanzado só tres días antes, non deu ningún sinal recoñecible. Ademais, o mesmo día produciuse un corte de rede en LIGO/VIRGO e ESA. Había dúbidas sobre a compatibilidade do sinal cunha fusión de estrelas de neutróns, un sinal óptico moi débil, etc. Por outra banda, moitos científicos que estudan as ondas gravitacionais afirman que a información de dirección obtida por LIGO era moito máis precisa que a información de os outros dous telescopios, e din que o achado non puido ser casual.

Para Unziker, é unha coincidencia bastante inquietante que os datos de GW150914 e GW170817, os primeiros eventos deste tipo observados en grandes roldas de prensa, obtivesense en circunstancias "anormais" e non puidesen reproducirse en condicións técnicas moito mellores nese momento. medidas de series longas.

Isto leva a noticias como unha suposta explosión de supernova (que resultou ser unha ilusión), colisión única de estrelas de neutrónsobriga aos científicos a "repensar anos de sabedoría convencional" ou mesmo un buraco negro de 70 solares, que o equipo de LIGO cualificou de confirmación demasiado precipitada das súas teorías.

Unziker advirte dunha situación na que a astronomía de ondas gravitacionais adquirirá unha vergonzosa reputación por proporcionar obxectos astronómicos "invisíbeis". Para evitar que isto suceda, ofrece unha maior transparencia dos métodos, publicación dos modelos empregados, estándares de análise e fixación dunha data de caducidade para eventos que non sexan validados de forma independente.