موجات من عدم اليقين

في يناير من هذا العام ، أفيد أن مرصد LIGO سجل ما قد يكون الحدث الثاني لدمج نجمين نيوترونيين. تبدو هذه المعلومات رائعة في وسائل الإعلام ، لكن العديد من العلماء بدأوا يساورهم شكوك جدية حول مصداقية اكتشافات "علم فلك الموجات الجاذبية" الناشئ.

في أبريل 2019 ، اكتشف كاشف LIGO في ليفينغستون ، لويزيانا ، مجموعة من الأجسام تقع على بعد حوالي 520 مليون سنة ضوئية من الأرض. تم تعطيل هذه الملاحظة ، التي تم إجراؤها باستخدام كاشف واحد فقط ، في هانفورد ، مؤقتًا ، ولم يسجل العذراء هذه الظاهرة ، لكنه مع ذلك اعتبرها إشارة كافية للظاهرة.

تحليل الإشارة GW190425 أشار إلى اصطدام نظام ثنائي بكتلة إجمالية تبلغ 3,3 - 3,7 أضعاف كتلة الشمس (1). من الواضح أن هذا أكبر من الكتل التي يتم ملاحظتها بشكل شائع في أنظمة النجوم الثنائية النيوترونية في مجرة ​​درب التبانة ، والتي تتراوح بين 2,5 و 2,9 كتلة شمسية. تم اقتراح أن هذا الاكتشاف قد يمثل مجموعة من النجوم النيوترونية المزدوجة التي لم يتم ملاحظتها من قبل. لا يحب الجميع هذا التكاثر في الكائنات فوق الضرورة.

1. تصور تصادم النجم النيوتروني GW190425.

الحقيقة هي أن GW190425 تم تسجيله بواسطة كاشف واحد يعني أن العلماء لم يتمكنوا من تحديد الموقع الدقيق ، ولا يوجد أي أثر للرصد في النطاق الكهرومغناطيسي ، كما في حالة GW170817 ، أول اندماج لنجمين نيوترونيين لاحظهما LIGO (وهو أيضًا مشكوك فيه ، ولكن المزيد عن ذلك أدناه). من المحتمل أن هذين لم يكنا نجمين نيوترونيين. ربما أحد الأشياء ثقب أسود. ربما كان كلاهما. لكن بعد ذلك ستكون ثقوبًا سوداء أصغر من أي ثقب أسود معروف ، وسيتعين إعادة بناء النماذج الخاصة بتكوين الثقوب السوداء الثنائية.

هناك الكثير من هذه النماذج والنظريات للتكيف معها. أو ربما يبدأ "علم فلك الموجات الثقالية" في التكيف مع الدقة العلمية للحقول القديمة لرصد الفضاء؟

الكثير من الإيجابيات الكاذبة

كتب ألكسندر أونزيكر (2) ، عالم الفيزياء النظرية الألماني وكاتب العلوم الشهير المحترم ، على موقع Medium في شباط (فبراير) أنه على الرغم من التوقعات الهائلة ، لم تُظهر كاشفات موجات الجاذبية LIGO و VIRGO (3) شيئًا مثيرًا للاهتمام خلال عام ، باستثناء الإيجابيات الكاذبة العشوائية. وفقًا للعالم ، فإن هذا يثير شكوكًا جدية حول الطريقة المستخدمة.

مع منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2017 إلى راينر فايس ، وباري ك.باريش ، وكيب س.ثورن ، بدا أن مسألة ما إذا كان يمكن اكتشاف موجات الجاذبية قد حُسمت بشكل نهائي. يتعلق قرار لجنة نوبل كشف إشارة قوي للغاية GW150914 قدمت في مؤتمر صحفي في فبراير 2016 ، والإشارة التي سبق ذكرها GW170817 ، والتي نُسبت إلى اندماج نجمين نيوترونيين ، حيث سجل تلسكوبان آخران إشارة متقاربة.

منذ ذلك الحين ، دخلوا في المخطط العلمي الرسمي للفيزياء. أثارت الاكتشافات ردود فعل حماسية ، وكان من المتوقع حقبة جديدة في علم الفلك. كان من المفترض أن تكون موجات الجاذبية "نافذة جديدة" على الكون ، تضيف إلى ترسانة التلسكوبات المعروفة سابقًا وتؤدي إلى أنواع جديدة تمامًا من المراقبة. قارن الكثيرون هذا الاكتشاف بتلسكوب جاليليو 1609. كان الأمر الأكثر حماسة هو الحساسية المتزايدة لكاشفات موجات الجاذبية. كانت الآمال كبيرة في تحقيق عشرات الاكتشافات والاكتشافات المثيرة خلال دورة مراقبة O3 التي بدأت في أبريل 2019. ومع ذلك ، حتى الآن ، يلاحظ Unziker ، ليس لدينا أي شيء.

على وجه الدقة ، لم يتم التحقق بشكل مستقل من أي من إشارات الموجات الثقالية المسجلة خلال الأشهر القليلة الماضية. بدلاً من ذلك ، كان هناك عدد كبير بشكل لا يمكن تفسيره من الإيجابيات والإشارات الخاطئة ، والتي تم تخفيض تصنيفها بعد ذلك. خمسة عشر حدثًا فشلوا في اختبار التحقق باستخدام التلسكوبات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، تمت إزالة 19 إشارة من الاختبار.

تم اعتبار بعضها في البداية مهمًا جدًا - على سبيل المثال ، تم تقدير GW191117j ليكون حدثًا باحتمال واحد في 28 مليار سنة ، بالنسبة لـ GW190822c - واحد من كل 5 مليارات سنة ، وبالنسبة لـ GW200108v - 1 في 100. سنين. بالنظر إلى أن فترة المراقبة قيد النظر لم تكن حتى سنة كاملة ، هناك الكثير من هذه الإيجابيات الكاذبة. قد يكون هناك شيء خاطئ في طريقة الإشارة نفسها ، يعلق Unziker.

معايير تصنيف الإشارات على أنها "أخطاء" ، في رأيه ، ليست شفافة. ليس فقط رأيه. علقت عالمة الفيزياء النظرية الشهيرة سابين هوسينفيلدر ، التي أشارت سابقًا إلى أوجه القصور في طرق تحليل بيانات كاشف LIGO ، على مدونتها: "هذا يسبب لي الصداع ، أيها الناس. إذا كنت لا تعرف سبب التقاط الكاشف الخاص بك شيئًا لا تتوقعه ، فكيف يمكنك الوثوق به عندما يرى ما تتوقعه؟

يشير تفسير الخطأ إلى عدم وجود إجراء منهجي لفصل الإشارات الفعلية عن الآخرين ، بخلاف تجنب التناقضات الصارخة مع الملاحظات الأخرى. لسوء الحظ ، هناك ما يصل إلى 53 حالة من "اكتشافات المرشح" تشترك في شيء واحد - لم يلاحظ ذلك أحد باستثناء المراسل.

تميل وسائل الإعلام إلى الاحتفال قبل الأوان باكتشافات LIGO / VIRGO. عندما تفشل التحليلات وعمليات البحث اللاحقة عن التأكيد ، كما هو الحال منذ عدة أشهر ، لم يعد هناك مزيد من الحماس أو التصحيح في وسائل الإعلام. في هذه المرحلة الأقل فعالية ، لا تظهر وسائل الإعلام أي اهتمام على الإطلاق.

اكتشاف واحد فقط مؤكد

وفقًا لـ Unziker ، إذا تابعنا تطور الوضع منذ إعلان الافتتاح رفيع المستوى في عام 2016 ، فلا ينبغي أن تكون الشكوك الحالية مفاجأة. تم إجراء أول تقييم مستقل للبيانات من قبل فريق في معهد نيلز بور في كوبنهاغن بقيادة أندرو دي جاكسون. كشف تحليلهم للبيانات عن ارتباطات غريبة في الإشارات المتبقية ، والتي لا يزال أصلها غير واضح ، على الرغم من ادعاءات الفريق بأن تم تضمين جميع الحالات الشاذة. يتم إنشاء الإشارات عند مقارنة البيانات الأولية (بعد المعالجة المسبقة والتصفية المكثفة) بما يسمى بالقوالب ، أي الإشارات المتوقعة نظريًا من المحاكاة العددية لموجات الجاذبية.

ومع ذلك ، عند تحليل البيانات ، يكون هذا الإجراء مناسبًا فقط عندما يتم إثبات وجود الإشارة نفسه ويكون شكلها معروفًا بدقة. خلاف ذلك ، يعد تحليل الأنماط أداة مضللة. جعل جاكسون هذا الأمر فعالًا للغاية أثناء العرض ، حيث قارن الإجراء بالتعرف التلقائي على صور لوحات ترخيص السيارة. نعم ، لا توجد مشاكل في القراءة الدقيقة على صورة ضبابية ، ولكن فقط إذا كانت جميع السيارات التي تمر في مكان قريب بها لوحات ترخيص بالحجم والأسلوب المناسبين تمامًا. ومع ذلك ، إذا تم تطبيق الخوارزمية على الصور "في الطبيعة" ، فسوف تتعرف على لوحة الترخيص من أي جسم ساطع به نقاط سوداء. هذا ما يعتقد أنزيكر أنه يمكن أن يحدث لموجات الجاذبية.

3. شبكة كاشفات الموجات الثقالية في العالم

كانت هناك شكوك أخرى حول منهجية الكشف عن الإشارات. رداً على الانتقادات ، طورت مجموعة كوبنهاجن طريقة تستخدم خصائص إحصائية بحتة لاكتشاف الإشارات دون استخدام الأنماط. عند تطبيقه ، لا تزال الحادثة الأولى في سبتمبر 2015 واضحة للعيان في النتائج ، ولكن ... حتى الآن هذه الحادثة فقط. يمكن تسمية مثل هذه الموجة الثقالية القوية "حظًا سعيدًا" بعد وقت قصير من إطلاق الكاشف الأول ، ولكن بعد خمس سنوات ، بدأ عدم وجود اكتشافات مؤكدة أخرى يثير القلق. إذا لم تكن هناك إشارة ذات دلالة إحصائية في السنوات العشر القادمة ، فهل توجد أول رؤية GW150915 لا تزال تعتبر حقيقية؟

سيقول البعض أن ذلك حدث لاحقًا الكشف عن GW170817، أي الإشارة النووية الحرارية لنجم نيوتروني ثنائي ، بما يتوافق مع الملاحظات الآلية في منطقة أشعة جاما والتلسكوبات البصرية. لسوء الحظ ، هناك العديد من التناقضات: لم يتم اكتشاف LIGO إلا بعد عدة ساعات من ملاحظة التلسكوبات الأخرى للإشارة.

مختبر VIRGO ، الذي تم إطلاقه قبل ثلاثة أيام فقط ، لم يعطِ أي إشارة يمكن التعرف عليها. بالإضافة إلى ذلك ، حدث انقطاع في الشبكة في LIGO / VIRGO و ESA في نفس اليوم. كانت هناك شكوك حول توافق الإشارة مع اندماج نجم نيوتروني ، وإشارة ضوئية ضعيفة جدًا ، وما إلى ذلك. ومن ناحية أخرى ، يزعم العديد من العلماء الذين يدرسون موجات الجاذبية أن معلومات الاتجاه التي حصل عليها ليجو كانت أكثر دقة بكثير من معلومات التلسكوبان الآخران ، ويقولون إن الاكتشاف لا يمكن أن يكون عرضيًا.

بالنسبة إلى Unziker ، من قبيل الصدفة المزعجة أن البيانات الخاصة بكل من GW150914 و GW170817 ، وهي الأحداث الأولى من نوعها التي لوحظت في المؤتمرات الصحفية الكبرى ، تم الحصول عليها في ظل ظروف "غير طبيعية" ولا يمكن إعادة إنتاجها في ظل ظروف تقنية أفضل بكثير في ذلك الوقت قياسات السلاسل الطويلة.

هذا يؤدي إلى أخبار مثل انفجار سوبر نوفا مفترض (والذي اتضح أنه وهم) ، تصادم فريد من نوعه للنجوم النيوترونيةإنه يجبر العلماء على "إعادة التفكير في سنوات من الحكمة التقليدية" أو حتى ثقب أسود مكون من 70 شمسيًا ، والذي وصفه فريق ليجو بأنه تأكيد متسرع للغاية لنظرياتهم.

يحذر Unziker من موقف سيكتسب فيه علم فلك الموجات الثقالية سمعة مشينة لتوفيره أجسامًا فلكية "غير مرئية" (خلاف ذلك). لمنع حدوث ذلك ، فإنه يوفر شفافية أكبر في الأساليب ، ونشر القوالب المستخدمة ، ومعايير التحليل ، وتحديد تاريخ انتهاء الصلاحية للأحداث التي لم يتم التحقق من صحتها بشكل مستقل.