גלים של אי ודאות

בינואר השנה דווח כי מצפה הכוכבים LIGO תיעד, אולי, את האירוע השני של מיזוג שני כוכבי נויטרונים. המידע הזה נראה נהדר בתקשורת, אבל למדענים רבים מתחילים להיות ספקות רציניים לגבי מהימנות התגליות של "אסטרונומיה של גלי הכבידה" המתהווה.

באפריל 2019, גלאי LIGO בליווינגסטון, לואיזיאנה זיהה שילוב של עצמים שנמצאים במרחק של כ-520 מיליון שנות אור מכדור הארץ. תצפית זו, שנעשתה עם גלאי אחד בלבד, בהנפורד, הושבתה זמנית, ובתולה לא רשם את התופעה, אך בכל זאת ראה בה אות מספיק לתופעה.

ניתוח אותות GW190425 הצביע על התנגשות של מערכת בינארית עם מסה כוללת של 3,3 - 3,7 פעמים מסה של השמש (1). זה בבירור גדול יותר מהמסות הנצפות בדרך כלל במערכות כוכבי נויטרונים בינאריות בשביל החלב, שהן בין 2,5 ל-2,9 מסות שמש. הוצע כי התגלית עשויה לייצג אוכלוסייה של כוכבי נויטרונים כפולים שלא נצפתה בעבר. לא כולם אוהבים את הריבוי הזה של ישויות מעבר להכרח.

1. הדמיה של התנגשות כוכב הנייטרונים GW190425.

עובדה היא כי GW190425 תועד על ידי גלאי יחיד פירושו שמדענים לא הצליחו לקבוע במדויק את המיקום, ואין עקבות תצפית בטווח האלקטרומגנטי, כמו במקרה של GW170817, המיזוג הראשון של שני כוכבי נויטרונים שנצפו על ידי LIGO (שגם הוא בספק , אבל עוד על כך בהמשך). ייתכן שלא היו אלה שני כוכבי נויטרונים. אולי אחד החפצים חור שחור. אולי שניהם היו. אבל אז הם יהיו חורים שחורים קטנים יותר מכל חור שחור מוכר, ויצטרכו לבנות מחדש מודלים להיווצרות חורים שחורים בינאריים.

יש יותר מדי מהמודלים והתאוריות האלה כדי להסתגל אליהם. או אולי "אסטרונומיה של גלי כבידה" תתחיל להסתגל לקפדנות המדעית של השדות הישנים של תצפית בחלל?

יותר מדי תוצאות חיוביות שגויות

אלכסנדר אונציקר (2), פיזיקאי תיאורטי גרמני וסופר מדע פופולרי מוערך, כתב בפברואר ב-Medium שלמרות ציפיות עצומות, גלאי גלי הכבידה LIGO ו-VIRGO (3) לא הראו שום דבר מעניין במשך שנה, מלבד תוצאות שווא אקראיות. לדברי המדען, הדבר מעורר ספקות כבדים לגבי השיטה שבה נעשה שימוש.

עם פרס נובל לפיזיקה לשנת 2017 שהוענק לריינר וייס, בארי ק. באריש וקיפ ס. ת'ורן, נראה היה שהשאלה האם ניתן לזהות גלי כבידה הוכרעה אחת ולתמיד. החלטת ועדת נובל נוגעת זיהוי אותות חזק במיוחד GW150914 הוצג במסיבת עיתונאים בפברואר 2016, והאות שהוזכר כבר GW170817, שיוחס למיזוג של שני כוכבי נויטרונים, שכן שני טלסקופים אחרים תיעדו אות מתכנס.

מאז, הם נכנסו לתכנית המדעית הרשמית של הפיזיקה. התגליות עוררו תגובות נלהבות, וצפוי עידן חדש באסטרונומיה. גלי כבידה היו אמורים להיות "חלון חדש" ליקום, להוסיף לארסנל הטלסקופים הידועים בעבר ולהוביל לסוגים חדשים לחלוטין של תצפית. רבים השוו את התגלית הזו לטלסקופ 1609 של גלילאו. עוד יותר נלהב הייתה הרגישות המוגברת של גלאי גלי כבידה. התקוות לעשרות תגליות וגילויים מרגשים במהלך מחזור התצפית ב-O3 שהחל באפריל 2019 היו גבוהות. עם זאת, עד כה, מציין אונציקר, אין לנו כלום.

ליתר דיוק, אף אחד מאותות גלי הכבידה שתועדו במהלך החודשים האחרונים לא אומת באופן עצמאי. במקום זאת, היה מספר גבוה באופן בלתי מוסבר של תוצאות חיוביות ואותות שגויות, אשר שודרגו לאחר מכן. 19 אירועים נכשלו במבחן האימות עם טלסקופים אחרים. בנוסף, הוסרו מהבדיקה XNUMX אותות.

חלקם נחשבו בתחילה למשמעותיים מאוד - לדוגמה, GW191117j הוערך כאירוע עם הסתברות של אחד ל-28 מיליארד שנים, עבור GW190822c - אחד ל-5 מיליארד שנים, ועבור GW200108v - 1 ל-100. שנים. בהתחשב בכך שתקופת התצפית הנבחנת לא הייתה אפילו שנה שלמה, יש הרבה תוצאות שגויות כאלה. יכול להיות שמשהו לא בסדר בשיטת האיתות עצמה, מעיר Unziker.

הקריטריונים לסיווג אותות כ"טעויות", לדעתו, אינם שקופים. זו לא רק דעתו. הפיזיקאית התיאורטית הנודעת סבינה הוזנפלדר, שהצביעה בעבר על חסרונות בשיטות ניתוח נתונים של גלאי LIGO, הגיבה בבלוג שלה: "זה עושה לי כאב ראש, אנשים. אם אתה לא יודע למה הגלאי שלך קולט משהו שלא נראה מה שאתה מצפה, איך אתה יכול לסמוך עליו כשהוא רואה למה שאתה מצפה?

פרשנות השגיאה מעידה כי אין הליך שיטתי להפרדת אותות ממשיים מאחרים, מלבד הימנעות מסתירות בוטה עם תצפיות אחרות. למרבה הצער, לא פחות מ-53 מקרים של "גילויי מועמדים" יש דבר אחד במשותף - איש מלבד הכתב לא שם לב לכך.

התקשורת נוטה לחגוג בטרם עת את תגליות LIGO/VIRGO. כאשר הניתוחים והחיפושים הבאים אחר אישור נכשלים, כפי שהיה כבר כמה חודשים, אין יותר התלהבות או תיקון בתקשורת. בשלב הפחות אפקטיבי הזה, התקשורת לא מגלה עניין כלל.

רק זיהוי אחד בטוח

לדברי אונציקר, אם עקבנו אחר התפתחות המצב מאז הודעת הפתיחה המתוקשרת ב-2016, הספקות הנוכחיים לא צריכים להפתיע. ההערכה העצמאית הראשונה של הנתונים בוצעה על ידי צוות במכון נילס בוהר בקופנהגן בראשות אנדרו ד' ג'קסון. ניתוח הנתונים שלהם גילה מתאמים מוזרים בשאר האותות, שמקורם עדיין לא ברור, למרות טענות הצוות כי כל החריגות כלולות. אותות נוצרים כאשר נתונים גולמיים (לאחר עיבוד מקדים וסינון נרחב) מושווים למה שנקרא תבניות, כלומר אותות צפויים תיאורטית מסימולציות מספריות של גלי כבידה.

עם זאת, בעת ניתוח נתונים, הליך כזה מתאים רק כאשר עצם קיומו של האות מבוסס וצורתו ידועה במדויק. אחרת, ניתוח דפוסים הוא כלי מטעה. ג'קסון עשה זאת יעיל מאוד במהלך המצגת, והשווה את ההליך לזיהוי תמונות אוטומטי של לוחיות רישוי של מכוניות. כן, אין בעיה בקריאה מדויקת על תמונה מטושטשת, אלא רק אם לכל המכוניות שעוברות בסמוך יש לוחיות רישוי בגודל ובסגנון המתאים בדיוק. עם זאת, אם האלגוריתם היה מיושם על תמונות "בטבע", הוא היה מזהה את לוחית הרישוי מכל אובייקט בהיר עם כתמים שחורים. זה מה שאונזיקר חושב שיכול לקרות לגלי כבידה.

3. רשת גלאי גלי כבידה בעולם

היו ספקות נוספים לגבי מתודולוגיית זיהוי האותות. בתגובה לביקורת, קבוצת קופנהגן פיתחה שיטה המשתמשת במאפיינים סטטיסטיים בלבד כדי לזהות אותות ללא שימוש בדפוסים. כאשר מיושם, האירוע הראשון של ספטמבר 2015 עדיין נראה בבירור בתוצאות, אבל ... עד כה רק זה. גל כבידה חזק כזה יכול להיקרא "מזל טוב" זמן קצר לאחר השקת הגלאי הראשון, אך לאחר חמש שנים, היעדר תגליות מאושרות נוספות מתחיל לעורר דאגה. אם לא יהיה איתות מובהק סטטיסטית בעשר השנים הקרובות, האם יהיה תצפית ראשונה של GW150915 עדיין נחשב אמיתי?

יש שיגידו שזה היה מאוחר יותר זיהוי של GW170817, כלומר, האות התרמו-גרעיני של כוכב נויטרונים בינארי, העולה בקנה אחד עם תצפיות אינסטרומנטליות באזור קרני גמא וטלסקופים אופטיים. לרוע המזל, יש הרבה חוסר עקביות: זיהוי LIGO לא התגלה עד מספר שעות לאחר שטלסקופים אחרים ציינו את האות.

מעבדת VIRGO, שהושקה רק שלושה ימים קודם לכן, לא נתנה אות שניתן לזהות. בנוסף, הייתה הפסקת רשת ב-LIGO/VIRGO וב-ESA באותו היום. היו ספקות לגבי תאימות האות למיזוג כוכבי נויטרונים, אות אופטי חלש מאוד וכו'. מצד שני, מדענים רבים שחוקרים גלי כבידה טוענים שמידע הכיוון שהתקבל על ידי LIGO היה הרבה יותר מדויק מהמידע של שני הטלסקופים האחרים, והם אומרים שהממצא לא יכול היה להיות מקרי.

עבור Unziker, זה צירוף מקרים די מטריד שהנתונים עבור GW150914 ו-GW170817, האירועים הראשונים מסוג זה שצוינו במסיבות עיתונאים גדולות, הושגו בנסיבות "חריגות" ולא ניתן היה לשחזר אותם בתנאים טכניים טובים בהרבה באותה תקופה מדידות של סדרות ארוכות.

זה מוביל לחדשות כמו פיצוץ סופרנובה כביכול (שהתברר כאשליה), התנגשות ייחודית של כוכבי נויטרוניםזה מאלץ מדענים "לחשוב מחדש שנים של חוכמה קונבנציונלית" או אפילו חור שחור בן 70 שמש, שצוות LIGO כינה אישור נמהר מדי לתיאוריות שלהם.

אונציקר מזהיר מפני מצב בו אסטרונומיה של גלי כבידה תרכוש מוניטין ידוע לשמצה של אספקת עצמים אסטרונומיים "בלתי נראים" (אחרת). כדי למנוע זאת, היא מציעה שקיפות רבה יותר של שיטות, פרסום התבניות בהן נעשה שימוש, תקני ניתוח וקביעת תאריך תפוגה לאירועים שאינם מאומתים באופן עצמאי.