Ondate di incertezza
Nel gennaio di quest'anno, è stato riferito che l'osservatorio LIGO ha registrato, forse il secondo evento della fusione di due stelle di neutroni. Questa informazione sembra ottima nei media, ma molti scienziati stanno cominciando a nutrire seri dubbi sull'affidabilità delle scoperte dell'emergente "astronomia delle onde gravitiche".
Nell'aprile 2019, il rivelatore LIGO a Livingston, in Louisiana, ha rilevato una combinazione di oggetti situati a circa 520 milioni di anni luce dalla Terra. Questa osservazione, fatta con un solo rivelatore, ad Hanford, è stata temporaneamente disabilitata e la Vergine non ha registrato il fenomeno, ma lo ha comunque considerato un segnale sufficiente del fenomeno.
Analisi del segnale GW190425 indicava la collisione di un sistema binario con una massa totale di 3,3 - 3,7 volte la massa del Sole (1). Questo è chiaramente più grande delle masse comunemente osservate nei sistemi binari di stelle di neutroni nella Via Lattea, che sono comprese tra 2,5 e 2,9 masse solari. È stato suggerito che la scoperta possa rappresentare una popolazione di stelle a doppio neutrone che non era mai stata osservata prima. Non a tutti piace questa moltiplicazione degli esseri oltre la necessità.
1. Visualizzazione della collisione della stella di neutroni GW190425.
Il fatto è che GW190425 è stato registrato da un singolo rivelatore significa che gli scienziati non sono stati in grado di determinare con precisione la posizione, e non c'è traccia di osservazione nella gamma elettromagnetica, come nel caso di GW170817, la prima fusione di due stelle di neutroni osservata da LIGO (che è anche dubbio , ma ne parleremo più avanti). È possibile che queste non fossero due stelle di neutroni. Forse uno degli oggetti Buco nero. Forse lo erano entrambi. Ma allora sarebbero buchi neri più piccoli di qualsiasi buco nero conosciuto e i modelli per la formazione di buchi neri binari dovrebbero essere ricostruiti.
Ci sono troppi di questi modelli e teorie a cui adattarsi. O forse "l'astronomia delle onde gravitazionali" comincerà ad adattarsi al rigore scientifico dei vecchi campi di osservazione dello spazio?
Troppi falsi positivi
Alexander Unziker (2), un fisico teorico tedesco e rispettato scrittore di divulgazione scientifica, ha scritto su Medium a febbraio che, nonostante le enormi aspettative, i rivelatori di onde gravitazionali LIGO e VIRGO (3) non hanno mostrato nulla di interessante in un anno, ad eccezione di falsi positivi casuali. Secondo lo scienziato, ciò solleva seri dubbi sul metodo utilizzato.
Con il Premio Nobel per la Fisica 2017 assegnato a Rainer Weiss, Barry K. Barish e Kip S. Thorne, la questione se le onde gravitazionali potessero essere rilevate sembrava essere risolta una volta per tutte. La decisione del Comitato Nobel riguarda rilevamento del segnale estremamente forte GW150914 presentato in conferenza stampa nel febbraio 2016, e il già citato segnale GW170817, che è stato attribuito alla fusione di due stelle di neutroni, poiché altri due telescopi hanno registrato un segnale convergente.
Da allora, sono entrati nello schema scientifico ufficiale della fisica. Le scoperte hanno suscitato risposte entusiaste e ci si aspettava una nuova era per l'astronomia. Le onde gravitazionali avrebbero dovuto essere una "nuova finestra" per l'Universo, aggiungendosi all'arsenale di telescopi precedentemente conosciuti e portando a tipi di osservazione completamente nuovi. Molti hanno paragonato questa scoperta al telescopio di Galileo del 1609. Ancora più entusiasta è stata la maggiore sensibilità dei rivelatori di onde gravitazionali. Le speranze per dozzine di scoperte e rilevamenti entusiasmanti durante il ciclo di osservazione dell'O3 iniziato nell'aprile 2019 erano alte. Tuttavia, finora, osserva Unziker, non abbiamo nulla.
Per essere precisi, nessuno dei segnali di onde gravitazionali registrati negli ultimi mesi è stato verificato in modo indipendente. C'era invece un numero inspiegabilmente alto di falsi positivi e segnali, che sono stati poi declassati. Quindici eventi non hanno superato il test di convalida con altri telescopi. Inoltre, 19 segnali sono stati rimossi dal test.
Alcuni di essi sono stati inizialmente considerati molto significativi - ad esempio, GW191117j è stato stimato essere un evento con una probabilità di uno su 28 miliardi di anni, per GW190822c - uno su 5 miliardi di anni e per GW200108v - 1 su 100. anni. Considerando che il periodo di osservazione in esame non è stato nemmeno un anno intero, ci sono molti falsi positivi di questo tipo. Potrebbe esserci qualcosa di sbagliato nel metodo di segnalazione stesso, commenta Unziker.
I criteri per classificare i segnali come "errori", a suo avviso, non sono trasparenti. Non è solo la sua opinione. La famosa fisica teorica Sabina Hossenfelder, che in precedenza ha sottolineato le carenze nei metodi di analisi dei dati dei rivelatori LIGO, ha commentato sul suo blog: “Questo mi sta dando mal di testa, gente. Se non sai perché il tuo rilevatore rileva qualcosa che non ti aspetti, come puoi fidarti quando vede quello che ti aspetti?
L'interpretazione degli errori suggerisce che non esiste una procedura sistematica per separare i segnali effettivi dagli altri, se non per evitare flagranti contraddizioni con altre osservazioni. Sfortunatamente, ben 53 casi di "candidate scoperte" hanno una cosa in comune: nessuno, tranne il giornalista, se ne è accorto.
I media tendono a celebrare prematuramente le scoperte di LIGO/VIRGO. Quando le analisi e le conferme successive falliscono, come accade da mesi, non c'è più entusiasmo o correzione nei media. In questa fase meno efficace, i media non mostrano alcun interesse.
Un solo rilevamento è certo
Secondo Unziker, se abbiamo seguito l'evolversi della situazione dall'annuncio di apertura di alto profilo nel 2016, i dubbi attuali non dovrebbero sorprendere. La prima valutazione indipendente dei dati è stata effettuata da un team del Niels Bohr Institute di Copenaghen guidato da Andrew D. Jackson. La loro analisi dei dati ha rivelato strane correlazioni nei segnali rimanenti, la cui origine non è ancora chiara, nonostante le affermazioni del team secondo cui tutte le anomalie comprese. I segnali vengono generati quando i dati grezzi (dopo un'ampia preelaborazione e filtraggio) vengono confrontati con i cosiddetti modelli, ovvero segnali teoricamente attesi da simulazioni numeriche di onde gravitazionali.
Tuttavia, quando si analizzano i dati, una tale procedura è appropriata solo quando l'esistenza stessa del segnale è stabilita e la sua forma è nota con precisione. In caso contrario, l'analisi dei modelli è uno strumento fuorviante. Jackson lo ha reso molto efficace durante la presentazione, confrontando la procedura con il riconoscimento automatico delle immagini delle targhe automobilistiche. Sì, non ci sono problemi con una lettura accurata su un'immagine sfocata, ma solo se tutte le auto che passano nelle vicinanze hanno targhe esattamente della giusta dimensione e stile. Tuttavia, se l'algoritmo fosse applicato alle immagini "in natura", riconoscerebbe la targa da qualsiasi oggetto luminoso con macchie nere. Questo è ciò che Unziker pensa possa accadere alle onde gravitazionali.
3. Rete di rivelatori di onde gravitazionali nel mondo
C'erano altri dubbi sulla metodologia di rilevamento del segnale. In risposta alle critiche, il gruppo di Copenaghen ha sviluppato un metodo che utilizza caratteristiche puramente statistiche per rilevare i segnali senza l'uso di schemi. Quando applicato, il primo incidente di settembre 2015 è ancora ben visibile nei risultati, ma... finora solo questo. Un'onda gravitazionale così forte può essere definita "buona fortuna" poco dopo il lancio del primo rivelatore, ma dopo cinque anni la mancanza di ulteriori scoperte confermate inizia a destare preoccupazione. Se non ci sarà alcun segnale statisticamente significativo nei prossimi dieci anni, ci sarà primo avvistamento di GW150915 ancora considerato reale?
Qualcuno dirà che è stato dopo rilevamento di GW170817, cioè il segnale termonucleare di una stella binaria di neutroni, coerente con osservazioni strumentali nella regione dei raggi gamma e telescopi ottici. Sfortunatamente, ci sono molte incongruenze: il rilevamento di LIGO è stato scoperto solo diverse ore dopo che altri telescopi avevano notato il segnale.
Il laboratorio VIRGO, lanciato solo tre giorni prima, non ha dato alcun segnale riconoscibile. Inoltre, lo stesso giorno si è verificata un'interruzione della rete presso LIGO/VIRGO ed ESA. C'erano dubbi sulla compatibilità del segnale con una fusione di stelle di neutroni, un segnale ottico molto debole, ecc. D'altra parte, molti scienziati che studiano le onde gravitazionali affermano che le informazioni sulla direzione ottenute da LIGO erano molto più accurate delle informazioni di gli altri due telescopi, e dicono che il ritrovamento non può essere stato casuale.
Per Unziker, è una coincidenza piuttosto inquietante che i dati sia per GW150914 che per GW170817, i primi eventi di questo tipo rilevati in importanti conferenze stampa, siano stati ottenuti in circostanze "anormali" e non potessero essere riprodotti in condizioni tecniche molto migliori all'epoca misure di serie lunghe.
Questo porta a notizie come una presunta esplosione di una supernova (che si è rivelata un'illusione), collisione unica di stelle di neutronicostringe gli scienziati a "ripensare anni di saggezza convenzionale" o anche a un buco nero di 70 solari, che il team LIGO ha definito una conferma troppo affrettata delle loro teorie.
Unziker avverte di una situazione in cui l'astronomia delle onde gravitazionali acquisirà una famigerata reputazione per la fornitura di oggetti astronomici "invisibili" (altrimenti). Per evitare che ciò accada, offre maggiore trasparenza dei metodi, pubblicazione dei modelli utilizzati, standard di analisi e fissazione di una data di scadenza per gli eventi che non sono convalidati in modo indipendente.
