Gelombang ketidakpastian

Pada bulan Januari tahun ini, dilaporkan bahwa observatorium LIGO mencatat, kemungkinan peristiwa kedua dari penggabungan dua bintang neutron. Informasi ini tampak hebat di media, tetapi banyak ilmuwan mulai memiliki keraguan serius tentang keandalan penemuan "astronomi gelombang gravitasi" yang muncul.

Pada April 2019, detektor LIGO di Livingston, Louisiana mendeteksi kombinasi objek yang terletak sekitar 520 juta tahun cahaya dari Bumi. Pengamatan ini, yang dilakukan hanya dengan satu detektor, di Hanford, untuk sementara dinonaktifkan, dan Virgo tidak mencatat fenomena tersebut, namun menganggapnya sebagai sinyal yang cukup dari fenomena tersebut.

Analisis Sinyal GW190425 menunjuk pada tumbukan sistem biner dengan massa total 3,3 - 3,7 kali massa Matahari (1). Ini jelas lebih besar dari massa yang biasa diamati dalam sistem bintang neutron biner di Bima Sakti, yang berukuran antara 2,5 dan 2,9 massa matahari. Diperkirakan bahwa penemuan tersebut mungkin mewakili populasi bintang neutron ganda yang belum pernah diamati sebelumnya. Tidak semua orang menyukai penggandaan makhluk ini di luar kebutuhan.

1. Visualisasi tumbukan bintang neutron GW190425.

Fakta adalah bahwa GW190425 direkam oleh satu detektor berarti bahwa para ilmuwan tidak dapat secara akurat menentukan lokasi, dan tidak ada jejak pengamatan dalam rentang elektromagnetik, seperti dalam kasus GW170817, penggabungan pertama dua bintang neutron yang diamati oleh LIGO (yang juga meragukan , tetapi lebih lanjut tentang itu di bawah). Ada kemungkinan bahwa ini bukan dua bintang neutron. Mungkin salah satu objek Lubang hitam. Mungkin keduanya. Tapi kemudian mereka akan menjadi lubang hitam yang lebih kecil daripada lubang hitam mana pun yang diketahui, dan model untuk pembentukan lubang hitam biner harus dibangun kembali.

Ada terlalu banyak model dan teori untuk beradaptasi. Atau mungkin "astronomi gelombang gravitasi" akan mulai beradaptasi dengan ketelitian ilmiah bidang lama pengamatan ruang angkasa?

Terlalu banyak positif palsu

Alexander Unziker (2), fisikawan teoretis Jerman dan penulis sains populer yang disegani, menulis di Medium pada Februari bahwa, terlepas dari ekspektasi besar, detektor gelombang gravitasi LIGO dan VIRGO (3) tidak menunjukkan apa pun yang menarik dalam setahun, kecuali positif palsu acak. Menurut ilmuwan, ini menimbulkan keraguan serius tentang metode yang digunakan.

Dengan Penghargaan Nobel dalam Fisika 2017 yang diberikan kepada Rainer Weiss, Barry K. Barish, dan Kip S. Thorne, pertanyaan apakah gelombang gravitasi dapat dideteksi tampaknya diselesaikan untuk selamanya. Keputusan Komite Nobel menyangkut deteksi sinyal yang sangat kuat GW150914 disajikan pada konferensi pers pada Februari 2016, dan sinyal yang telah disebutkan GW170817, yang dikaitkan dengan penggabungan dua bintang neutron, karena dua teleskop lain merekam sinyal konvergen.

Sejak itu, mereka telah memasuki skema ilmiah resmi fisika. Penemuan tersebut membangkitkan tanggapan antusias, dan era baru dalam astronomi diharapkan. Gelombang gravitasi seharusnya menjadi "jendela baru" ke Semesta, menambah gudang senjata teleskop yang dikenal sebelumnya dan mengarah ke jenis pengamatan yang benar-benar baru. Banyak yang membandingkan penemuan ini dengan teleskop Galileo tahun 1609. Yang lebih antusias adalah peningkatan sensitivitas detektor gelombang gravitasi. Harapan untuk puluhan penemuan dan deteksi menarik selama siklus pengamatan O3 yang dimulai pada April 2019 sangat tinggi. Namun, sejauh ini, catatan Unziker, kami tidak memiliki apa-apa.

Tepatnya, tidak ada sinyal gelombang gravitasi yang direkam selama beberapa bulan terakhir telah diverifikasi secara independen. Sebaliknya, ada jumlah positif palsu dan sinyal yang sangat tinggi, yang kemudian diturunkan peringkatnya. Lima belas peristiwa gagal dalam uji validasi dengan teleskop lain. Selain itu, 19 sinyal dikeluarkan dari pengujian.

Beberapa di antaranya awalnya dianggap sangat signifikan - misalnya, GW191117j diperkirakan sebagai peristiwa dengan probabilitas satu dalam 28 miliar tahun, untuk GW190822c - satu dalam 5 miliar tahun, dan untuk GW200108v - 1 dalam 100. bertahun-tahun. Menimbang bahwa periode pengamatan yang dipertimbangkan bahkan tidak setahun penuh, ada banyak positif palsu seperti itu. Mungkin ada yang salah dengan metode pensinyalan itu sendiri, komentar Unziker.

Kriteria untuk mengklasifikasikan sinyal sebagai "kesalahan", menurutnya, tidak transparan. Bukan hanya pendapatnya. Fisikawan teoretis terkenal Sabina Hossenfelder, yang sebelumnya telah menunjukkan kekurangan dalam metode analisis data detektor LIGO, berkomentar di blognya: “Ini membuat saya pusing, kawan. Jika Anda tidak tahu mengapa detektor Anda menangkap sesuatu yang tidak Anda harapkan, bagaimana Anda bisa memercayainya ketika ia melihat apa yang Anda harapkan?

Interpretasi kesalahan menunjukkan bahwa tidak ada prosedur sistematis untuk memisahkan sinyal aktual dari yang lain, selain untuk menghindari kontradiksi mencolok dengan pengamatan lainnya. Sayangnya, sebanyak 53 kasus "penemuan kandidat" memiliki satu kesamaan - tidak seorang pun kecuali reporter yang memperhatikan hal ini.

Media cenderung terlalu dini merayakan penemuan LIGO/VIRGO. Ketika analisis berikutnya dan pencarian konfirmasi gagal, seperti yang telah terjadi selama beberapa bulan, tidak ada lagi antusiasme atau koreksi di media. Pada tahap yang kurang efektif ini, media tidak menunjukkan minat sama sekali.

Hanya satu deteksi yang pasti

Menurut Unziker, jika kita mengikuti perkembangan situasi sejak pengumuman pembukaan profil tinggi pada tahun 2016, keraguan saat ini seharusnya tidak mengejutkan. Evaluasi independen pertama dari data dilakukan oleh tim di Institut Niels Bohr di Kopenhagen yang dipimpin oleh Andrew D. Jackson. Analisis mereka terhadap data mengungkapkan korelasi aneh pada sinyal yang tersisa, yang asalnya masih belum jelas, meskipun tim mengklaim bahwa semua anomali termasuk. Sinyal dihasilkan ketika data mentah (setelah prapemrosesan dan penyaringan ekstensif) dibandingkan dengan apa yang disebut template, yaitu sinyal yang diharapkan secara teoritis dari simulasi numerik gelombang gravitasi.

Namun, ketika menganalisis data, prosedur seperti itu hanya sesuai jika keberadaan sinyal telah ditetapkan dan bentuknya diketahui dengan tepat. Jika tidak, analisis pola adalah alat yang menyesatkan. Jackson membuat ini sangat efektif selama presentasi, membandingkan prosedur dengan pengenalan gambar otomatis plat nomor mobil. Ya, tidak ada masalah dengan pembacaan akurat pada gambar buram, tetapi hanya jika semua mobil yang lewat di dekatnya memiliki pelat nomor dengan ukuran dan gaya yang tepat. Namun, jika algoritme diterapkan pada gambar "di alam", itu akan mengenali pelat nomor dari objek terang apa pun dengan bintik hitam. Inilah yang menurut Unziker bisa terjadi pada gelombang gravitasi.

3. Jaringan pendeteksi gelombang gravitasi di dunia

Ada keraguan lain tentang metodologi deteksi sinyal. Menanggapi kritik, kelompok Kopenhagen mengembangkan metode yang menggunakan karakteristik statistik murni untuk mendeteksi sinyal tanpa menggunakan pola. Saat diterapkan, kejadian pertama September 2015 masih terlihat jelas di hasil, tapi ... sejauh ini hanya yang ini. Gelombang gravitasi yang begitu kuat dapat disebut "keberuntungan" tak lama setelah peluncuran detektor pertama, tetapi setelah lima tahun, kurangnya penemuan yang dikonfirmasi lebih lanjut mulai menimbulkan kekhawatiran. Jika tidak ada sinyal yang signifikan secara statistik dalam sepuluh tahun ke depan, apakah akan ada penampakan pertama GW150915 masih dianggap nyata?

Beberapa akan mengatakan bahwa itu nanti deteksi GW170817, yaitu, sinyal termonuklir dari bintang neutron biner, konsisten dengan pengamatan instrumental sinar gamma dan teleskop optik. Sayangnya, ada banyak ketidakkonsistenan: deteksi LIGO tidak ditemukan sampai beberapa jam setelah teleskop lain mencatat sinyal tersebut.

Lab VIRGO, yang diluncurkan hanya tiga hari sebelumnya, tidak memberikan sinyal yang dapat dikenali. Selain itu, terjadi pemadaman jaringan di LIGO/VIRGO dan ESA pada hari yang sama. Ada keraguan tentang kompatibilitas sinyal dengan penggabungan bintang neutron, sinyal optik yang sangat lemah, dll. Di sisi lain, banyak ilmuwan yang mempelajari gelombang gravitasi mengklaim bahwa informasi arah yang diperoleh LIGO jauh lebih akurat daripada informasi arah. dua teleskop lainnya, dan mereka mengatakan bahwa penemuan itu tidak mungkin terjadi secara kebetulan.

Bagi Unziker, merupakan kebetulan yang agak mengganggu bahwa data untuk GW150914 dan GW170817, peristiwa pertama semacam ini dicatat pada konferensi pers besar, diperoleh dalam keadaan "tidak normal" dan tidak dapat direproduksi dalam kondisi teknis yang jauh lebih baik pada saat itu. pengukuran deret panjang.

Ini mengarah ke berita seperti ledakan supernova yang seharusnya (yang ternyata hanya ilusi), tabrakan unik bintang neutronitu memaksa para ilmuwan untuk "memikirkan kembali kebijaksanaan konvensional selama bertahun-tahun" atau bahkan lubang hitam 70-surya, yang oleh tim LIGO disebut sebagai konfirmasi teori mereka yang terlalu tergesa-gesa.

Unziker memperingatkan situasi di mana astronomi gelombang gravitasi akan memperoleh reputasi terkenal karena menyediakan objek astronomi "tidak terlihat" (jika tidak). Untuk mencegah hal ini terjadi, ia menawarkan transparansi metode yang lebih besar, publikasi template yang digunakan, standar analisis, dan pengaturan tanggal kedaluwarsa untuk acara yang tidak divalidasi secara independen.