Tonnau o ansicrwydd

Ym mis Ionawr eleni, adroddwyd bod yr arsyllfa LIGO wedi cofnodi, o bosibl yr ail ddigwyddiad o uno dwy seren niwtron. Mae'r wybodaeth hon yn edrych yn wych yn y cyfryngau, ond mae llawer o wyddonwyr yn dechrau cael amheuon difrifol ynghylch dibynadwyedd darganfyddiadau'r "seryddiaeth tonnau disgyrchol" sy'n dod i'r amlwg.

Ym mis Ebrill 2019, canfu'r synhwyrydd LIGO yn Livingston, Louisiana gyfuniad o wrthrychau sydd wedi'u lleoli tua 520 miliwn o flynyddoedd golau o'r Ddaear. Roedd yr arsylwad hwn, a wnaed gyda dim ond un synhwyrydd, yn Hanford, yn anabl dros dro, ac ni chofrestrodd Virgo y ffenomen, ond serch hynny roedd yn ei ystyried yn arwydd digonol o'r ffenomen.

Dadansoddiad Signal GW190425 pwyntio at wrthdrawiad system ddeuaidd gyda chyfanswm màs o 3,3 - 3,7 gwaith màs yr Haul (1). Mae hyn yn amlwg yn fwy na'r masau a welir yn gyffredin mewn systemau seren niwtron deuaidd yn y Llwybr Llaethog, sydd rhwng 2,5 a 2,9 masau solar. Awgrymwyd y gallai'r darganfyddiad gynrychioli poblogaeth o sêr niwtron dwbl na welwyd o'r blaen. Nid yw pawb yn hoffi'r lluosi hwn o fodau y tu hwnt i reidrwydd.

1. Delweddu gwrthdrawiad y seren niwtron GW190425.

Ffaith yw bod GW190425 a gofnodwyd gan un synhwyrydd yn golygu nad oedd gwyddonwyr yn gallu pennu'r union leoliad, ac nid oes unrhyw olion arsylwi yn yr ystod electromagnetig, fel yn achos GW170817, yr uno cyntaf o ddwy seren niwtron a welwyd gan LIGO (sydd hefyd yn amheus , ond mwy am hynny isod). Mae’n bosibl nad dwy seren niwtron oedd y rhain. Efallai mai un o'r gwrthrychau Tyllau du. Efallai fod y ddau. Ond wedyn byddent yn dyllau du llai nag unrhyw dwll du hysbys, a byddai'n rhaid ailadeiladu modelau ar gyfer ffurfio tyllau du deuaidd.

Mae gormod o'r modelau a'r damcaniaethau hyn i addasu iddynt. Neu efallai y bydd "seryddiaeth tonnau disgyrchol" yn dechrau addasu i drylwyredd gwyddonol yr hen feysydd arsylwi gofod?

Gormod o bethau cadarnhaol ffug

Ysgrifennodd Alexander Unzicker (2), ffisegydd damcaniaethol Almaeneg ac awdur gwyddoniaeth poblogaidd uchel ei barch, ar Ganolig ym mis Chwefror, er gwaethaf disgwyliadau enfawr, nad oedd synwyryddion tonnau disgyrchiant LIGO a VIRGO (3) yn dangos unrhyw beth diddorol mewn blwyddyn, ac eithrio ar hap positifau ffug. Yn ôl y gwyddonydd, mae hyn yn codi amheuon difrifol am y dull a ddefnyddir.

Gyda Gwobr Nobel mewn Ffiseg 2017 wedi'i dyfarnu i Rainer Weiss, Barry K. Barish, a Kip S. Thorne, roedd yn ymddangos bod y cwestiwn a ellid canfod tonnau disgyrchol wedi'i setlo unwaith ac am byth. Mae penderfyniad y Pwyllgor Nobel yn peri pryder canfod signal cryf iawn GW150914 a gyflwynwyd mewn cynhadledd i'r wasg ym mis Chwefror 2016, a'r signal a grybwyllwyd eisoes GW170817, a briodolwyd i uno dwy seren niwtron, gan fod dau delesgop arall wedi cofnodi signal cydgyfeiriol.

Ers hynny, maent wedi ymuno â chynllun gwyddonol swyddogol ffiseg. Ysgogodd y darganfyddiadau ymatebion brwdfrydig, a disgwylid cyfnod newydd mewn seryddiaeth. Roedd tonnau disgyrchiant i fod i fod yn "ffenestr newydd" i'r Bydysawd, gan ychwanegu at arsenal telesgopau hysbys yn flaenorol ac arwain at fathau cwbl newydd o arsylwi. Mae llawer wedi cymharu'r darganfyddiad hwn â thelesgop 1609 Galileo. Hyd yn oed yn fwy brwdfrydig oedd sensitifrwydd cynyddol synwyryddion tonnau disgyrchiant. Roedd y gobeithion am ddwsinau o ddarganfyddiadau a chanfyddiadau cyffrous yn ystod y cylch arsylwi O3 a ddechreuodd ym mis Ebrill 2019 yn uchel. Fodd bynnag, hyd yn hyn, mae Unziker yn nodi, nid oes gennym ni ddim.

I fod yn fanwl gywir, nid yw’r un o’r signalau tonnau disgyrchiant a gofnodwyd dros yr ychydig fisoedd diwethaf wedi’u dilysu’n annibynnol. Yn lle hynny, roedd nifer anesboniadwy o uchel o bethau cadarnhaol a signalau ffug, a gafodd eu hisraddio wedyn. Methodd pymtheg digwyddiad y prawf dilysu gyda thelesgopau eraill. Yn ogystal, tynnwyd 19 signalau o'r prawf.

Ystyriwyd rhai ohonynt yn arwyddocaol iawn i ddechrau - er enghraifft, amcangyfrifwyd bod GW191117j yn ddigwyddiad gyda thebygolrwydd o un mewn 28 biliwn o flynyddoedd, ar gyfer GW190822c - un mewn 5 biliwn o flynyddoedd, ac ar gyfer GW200108v - 1 mewn 100. blynyddoedd. O ystyried nad oedd y cyfnod arsylwi hyd yn oed yn flwyddyn gyfan, mae yna lawer o bethau cadarnhaol ffug. Efallai bod rhywbeth o'i le ar y dull signalau ei hun, yn ôl Unziker.

Nid yw'r meini prawf ar gyfer dosbarthu signalau fel "gwallau", yn ei farn ef, yn dryloyw. Nid ei farn ef yn unig ydyw. Dywedodd y ffisegydd damcaniaethol enwog Sabine Hossenfelder, sydd eisoes wedi tynnu sylw at ddiffygion mewn dulliau dadansoddi data canfodyddion LIGO, ar ei blog: “Mae hyn yn rhoi cur pen i mi, bobl. Os nad ydych chi'n gwybod pam mae'ch synhwyrydd yn codi rhywbeth nad yw'n ymddangos yr hyn rydych chi'n ei ddisgwyl, sut allwch chi ymddiried ynddo pan fydd yn gweld yr hyn rydych chi'n ei ddisgwyl?

Mae dehongliad gwallau yn awgrymu nad oes gweithdrefn systematig ar gyfer gwahanu signalau gwirioneddol oddi wrth eraill, ac eithrio i osgoi gwrth-ddweud amlwg ag arsylwadau eraill. Yn anffodus, mae gan gymaint â 53 o achosion o "ddarganfyddiadau ymgeisydd" un peth yn gyffredin - ni sylwodd unrhyw un heblaw'r gohebydd ar hyn.

Mae'r cyfryngau yn tueddu i ddathlu darganfyddiadau LIGO/VIRGO yn gynamserol. Pan fydd dadansoddiadau dilynol a chwiliadau am gadarnhad yn methu, fel y bu ers sawl mis, nid oes mwy o frwdfrydedd na chywiro yn y cyfryngau. Yn y cyfnod llai effeithiol hwn, nid yw'r cyfryngau yn dangos unrhyw ddiddordeb o gwbl.

Dim ond un canfyddiad sy'n sicr

Yn ôl Unziker, os ydym wedi dilyn datblygiad y sefyllfa ers y cyhoeddiad agoriadol proffil uchel yn 2016, ni ddylai'r amheuon presennol fod yn syndod. Cynhaliwyd y gwerthusiad annibynnol cyntaf o'r data gan dîm yn Sefydliad Niels Bohr yn Copenhagen dan arweiniad Andrew D. Jackson. Datgelodd eu dadansoddiad o'r data gydberthnasau rhyfedd yn y signalau sy'n weddill, ac nid yw eu tarddiad yn glir o hyd, er gwaethaf honiadau'r tîm bod pob anghysondeb yn gynwysedig. Cynhyrchir signalau pan gaiff data crai (ar ôl rhag-brosesu a hidlo helaeth) ei gymharu â thempledi fel y'u gelwir, h.y. signalau a ddisgwylir yn ddamcaniaethol o efelychiadau rhifiadol o donnau disgyrchiant.

Fodd bynnag, wrth ddadansoddi data, dim ond pan fydd bodolaeth y signal wedi'i sefydlu a bod ei siâp yn hysbys yn union y mae gweithdrefn o'r fath yn briodol. Fel arall, mae dadansoddi patrwm yn arf camarweiniol. Gwnaeth Jackson hyn yn effeithiol iawn yn ystod y cyflwyniad, gan gymharu'r weithdrefn ag adnabod delweddau awtomatig o blatiau trwydded car. Oes, nid oes unrhyw broblemau gyda darllen cywir ar ddelwedd aneglur, ond dim ond os oes gan bob car sy'n pasio gerllaw blatiau trwydded o'r maint a'r arddull gywir yn union. Fodd bynnag, pe bai'r algorithm yn cael ei gymhwyso i ddelweddau "mewn natur", byddai'n adnabod y plât trwydded o unrhyw wrthrych llachar gyda smotiau du. Dyma beth mae Unziker yn meddwl all ddigwydd i donnau disgyrchiant.

3. Rhwydwaith o synwyryddion tonnau disgyrchiant yn y byd

Roedd amheuon eraill ynghylch y fethodoleg canfod signal. Mewn ymateb i feirniadaeth, datblygodd grŵp Copenhagen ddull sy'n defnyddio nodweddion ystadegol pur i ganfod signalau heb ddefnyddio patrymau. Pan gaiff ei gymhwyso, mae digwyddiad cyntaf Medi 2015 yn dal i fod yn amlwg yn y canlyniadau, ond ... hyd yn hyn dim ond yr un hwn. Gellir galw ton disgyrchiant cryf o'r fath yn "lwc dda" yn fuan ar ôl lansio'r synhwyrydd cyntaf, ond ar ôl pum mlynedd, mae diffyg darganfyddiadau a gadarnhawyd ymhellach yn dechrau achosi pryder. Os na fydd signal ystadegol arwyddocaol yn y deng mlynedd nesaf, a fydd gweld GW150915 am y tro cyntaf dal i gael ei ystyried yn real?

Bydd rhai yn dweud ei fod yn ddiweddarach canfod GW170817, hynny yw, y signal thermoniwclear o seren niwtron deuaidd, yn gyson ag arsylwadau offerynnol yn y rhanbarth gama-pelydr a thelesgopau optegol. Yn anffodus, mae yna lawer o anghysondebau: ni ddarganfuwyd canfod LIGO am sawl awr ar ôl i delesgopau eraill nodi'r signal.

Ni roddodd labordy VIRGO, a lansiwyd dridiau ynghynt, unrhyw signal adnabyddadwy. Yn ogystal, bu toriad rhwydwaith yn LIGO/VIRGO ac ESA ar yr un diwrnod. Roedd amheuon ynghylch cydweddoldeb y signal gyda chyfuniad seren niwtron, signal optegol gwan iawn, ac ati Ar y llaw arall, mae llawer o wyddonwyr sy'n astudio tonnau disgyrchol yn honni bod y wybodaeth gyfeiriad a gafwyd gan LIGO yn llawer mwy cywir na'r wybodaeth o y ddau delesgop arall, a dywedant na allasai y darganfyddiad fod yn ddamweiniol.

I Unziker, mae’n gyd-ddigwyddiad braidd yn annifyr bod y data ar gyfer GW150914 a GW170817, y digwyddiadau cyntaf o’i fath a nodwyd mewn cynadleddau mawr i’r wasg, wedi’u cael o dan amgylchiadau “annormal” ac na ellid eu hatgynhyrchu o dan amodau technegol llawer gwell ar y pryd. mesuriadau cyfres hir.

Mae hyn yn arwain at newyddion fel ffrwydrad uwchnofa tybiedig (a drodd yn rhith), gwrthdrawiad unigryw o sêr niwtronmae'n gorfodi gwyddonwyr i "ailfeddwl am flynyddoedd o ddoethineb confensiynol" neu hyd yn oed dwll du 70-solar, a alwodd tîm LIGO yn gadarnhad rhy frysiog o'u damcaniaethau.

Mae Unziker yn rhybuddio am sefyllfa lle bydd seryddiaeth tonnau disgyrchol yn ennill enw drwg-enwog am ddarparu gwrthrychau seryddol "anweledig" (fel arall). Er mwyn atal hyn rhag digwydd, mae'n cynnig mwy o dryloywder o ran dulliau, cyhoeddi'r templedi a ddefnyddir, safonau dadansoddi, a phennu dyddiad dod i ben ar gyfer digwyddiadau nad ydynt wedi'u dilysu'n annibynnol.