Ondas de incerteza

Em janeiro deste ano, foi relatado que o observatório LIGO registrou, possivelmente, o segundo evento da fusão de duas estrelas de nêutrons. Esta informação parece ótima na mídia, mas muitos cientistas estão começando a ter sérias dúvidas sobre a confiabilidade das descobertas da emergente "astronomia de ondas gravitacionais".

Em abril de 2019, o detector LIGO em Livingston, Louisiana detectou uma combinação de objetos localizados a cerca de 520 milhões de anos-luz da Terra. Esta observação, feita com apenas um detector, em Hanford, foi temporariamente desativada, e Virgem não registrou o fenômeno, mas mesmo assim considerou um sinal suficiente do fenômeno.

Análise de sinal GW190425 apontou para a colisão de um sistema binário com uma massa total de 3,3 - 3,7 vezes a massa do Sol (1). Isso é claramente maior do que as massas comumente observadas em sistemas binários de estrelas de nêutrons na Via Láctea, que estão entre 2,5 e 2,9 massas solares. Foi sugerido que a descoberta pode representar uma população de estrelas duplas de nêutrons que não foram observadas antes. Nem todo mundo gosta dessa multiplicação de seres além da necessidade.

1. Visualização da colisão da estrela de nêutrons GW190425.

Fato é que GW190425 foi registrado por um único detector significa que os cientistas não conseguiram determinar com precisão a localização, e não há vestígios observacionais na faixa eletromagnética, como no caso de GW170817, a primeira fusão de duas estrelas de nêutrons observadas pelo LIGO (o que também é duvidoso , mas mais sobre isso abaixo). É possível que não fossem duas estrelas de nêutrons. Talvez um dos objetos Buraco negro. Talvez ambos fossem. Mas então eles seriam buracos negros menores do que qualquer buraco negro conhecido, e os modelos para a formação de buracos negros binários teriam que ser reconstruídos.

Há muitos desses modelos e teorias para se adaptar. Ou talvez a "astronomia de ondas gravitacionais" comece a se adaptar ao rigor científico dos antigos campos de observação espacial?

Muitos falsos positivos

Alexander Unziker (2), um físico teórico alemão e respeitado escritor de ciência popular, escreveu no Medium em fevereiro que, apesar das grandes expectativas, os detectores de ondas gravitacionais LIGO e VIRGO (3) não mostraram nada de interessante em um ano, exceto falsos positivos aleatórios. Segundo o cientista, isso levanta sérias dúvidas sobre o método utilizado.

Com o Prêmio Nobel de Física de 2017 concedido a Rainer Weiss, Barry K. Barish e Kip S. Thorne, a questão de saber se as ondas gravitacionais poderiam ser detectadas parecia resolvida de uma vez por todas. A decisão do Comitê Nobel diz respeito detecção de sinal extremamente forte GW150914 apresentado em conferência de imprensa em fevereiro de 2016, e o já referido sinal GW170817, que foi atribuído à fusão de duas estrelas de neutrões, uma vez que outros dois telescópios registaram um sinal convergente.

Desde então, eles entraram no esquema científico oficial da física. As descobertas provocaram respostas entusiásticas e esperava-se uma nova era na astronomia. As ondas gravitacionais deveriam ser uma "nova janela" para o Universo, aumentando o arsenal de telescópios anteriormente conhecidos e levando a tipos completamente novos de observação. Muitos compararam esta descoberta ao telescópio de 1609 de Galileu. Ainda mais entusiasmado foi o aumento da sensibilidade dos detectores de ondas gravitacionais. As esperanças de dezenas de descobertas e detecções emocionantes durante o ciclo de observação da O3 que começou em abril de 2019 eram altas. No entanto, até agora, observa Unziker, não temos nada.

Para ser preciso, nenhum dos sinais de ondas gravitacionais registrados nos últimos meses foi verificado de forma independente. Em vez disso, houve um número inexplicavelmente alto de falsos positivos e sinais, que foram rebaixados. Quinze eventos falharam no teste de validação com outros telescópios. Além disso, 19 sinais foram removidos do teste.

Alguns deles foram inicialmente considerados muito significativos - por exemplo, GW191117j foi estimado como um evento com probabilidade de um em 28 bilhões de anos, para GW190822c - um em 5 bilhões de anos e para GW200108v - 1 em 100. anos. Considerando que o período de observação considerado não foi nem de um ano inteiro, há muitos desses falsos positivos. Pode haver algo errado com o próprio método de sinalização, comenta Unziker.

Os critérios para classificar os sinais como "erros", em sua opinião, não são transparentes. Não é apenas a opinião dele. A renomada física teórica Sabina Hossenfelder, que já havia apontado deficiências nos métodos de análise de dados do detector LIGO, comentou em seu blog: “Isso está me dando dor de cabeça, pessoal. Se você não sabe por que seu detector detecta algo que você não espera, como você pode confiar nele quando ele vê o que você espera?

A interpretação do erro sugere que não existe um procedimento sistemático para separar sinais reais de outros, exceto para evitar flagrantes contradições com outras observações. Infelizmente, até 53 casos de "descobertas candidatas" têm uma coisa em comum - ninguém, exceto o repórter, percebeu isso.

A mídia tende a celebrar prematuramente as descobertas do LIGO/VIRGO. Quando as análises e buscas de confirmação subsequentes falham, como tem acontecido há vários meses, não há mais entusiasmo ou correção na mídia. Nesse estágio menos eficaz, a mídia não mostra nenhum interesse.

Apenas uma detecção é certa

De acordo com Unziker, se acompanhamos o desenvolvimento da situação desde o anúncio de abertura de alto nível em 2016, as dúvidas atuais não devem surpreender. A primeira avaliação independente dos dados foi realizada por uma equipe do Instituto Niels Bohr, em Copenhague, liderada por Andrew D. Jackson. A análise dos dados revelou estranhas correlações nos sinais restantes, cuja origem ainda não está clara, apesar das alegações da equipe de que todas as anomalias incluídas. Os sinais são gerados quando os dados brutos (após pré-processamento e filtragem extensivos) são comparados aos chamados modelos, ou seja, sinais teoricamente esperados de simulações numéricas de ondas gravitacionais.

No entanto, ao analisar dados, tal procedimento é apropriado apenas quando a própria existência do sinal é estabelecida e sua forma é conhecida com precisão. Caso contrário, a análise de padrões é uma ferramenta enganosa. Jackson tornou isso muito eficaz durante a apresentação, comparando o procedimento ao reconhecimento automático de imagens de placas de carros. Sim, não há problema com a leitura precisa em uma imagem borrada, mas somente se todos os carros que passam nas proximidades tiverem placas exatamente do tamanho e estilo certos. No entanto, se o algoritmo fosse aplicado a imagens "na natureza", ele reconheceria a placa de qualquer objeto brilhante com manchas pretas. Isto é o que Unziker pensa que pode acontecer com as ondas gravitacionais.

3. Rede de detectores de ondas gravitacionais no mundo

Havia outras dúvidas sobre a metodologia de detecção de sinal. Em resposta às críticas, o grupo de Copenhague desenvolveu um método que usa características puramente estatísticas para detectar sinais sem o uso de padrões. Quando aplicado, o primeiro incidente de setembro de 2015 ainda é claramente visível nos resultados, mas... até agora apenas este. Uma onda gravitacional tão forte pode ser chamada de "boa sorte" logo após o lançamento do primeiro detector, mas depois de cinco anos, a falta de novas descobertas confirmadas começa a causar preocupação. Se não houver sinal estatisticamente significativo nos próximos dez anos, haverá primeiro avistamento de GW150915 ainda considerado real?

Alguns dirão que foi mais tarde detecção de GW170817, ou seja, o sinal termonuclear de uma estrela de nêutrons binária, consistente com observações instrumentais na região de raios gama e telescópios ópticos. Infelizmente, existem muitas inconsistências: a detecção do LIGO não foi descoberta até várias horas depois que outros telescópios notaram o sinal.

O laboratório VIRGO, lançado apenas três dias antes, não deu nenhum sinal reconhecível. Além disso, houve uma interrupção de rede no LIGO/VIRGO e na ESA no mesmo dia. Havia dúvidas sobre a compatibilidade do sinal com uma fusão de estrelas de nêutrons, um sinal óptico muito fraco, etc. Por outro lado, muitos cientistas que estudam ondas gravitacionais afirmam que as informações de direção obtidas pelo LIGO eram muito mais precisas do que as informações de os outros dois telescópios, e eles dizem que a descoberta não pode ter sido acidental.

Para Unziker, é uma coincidência bastante perturbadora que os dados de GW150914 e GW170817, os primeiros eventos desse tipo observados em grandes coletivas de imprensa, tenham sido obtidos em circunstâncias “anormais” e não pudessem ser reproduzidos em condições técnicas muito melhores na época medidas de séries longas.

Isso leva a notícias como uma suposta explosão de supernova (que acabou sendo uma ilusão), colisão única de estrelas de nêutronsforça os cientistas a "repensar anos de sabedoria convencional" ou até mesmo um buraco negro de 70 solares, que a equipe do LIGO chamou de confirmação precipitada de suas teorias.

Unziker alerta para uma situação em que a astronomia de ondas gravitacionais adquirirá uma reputação infame por fornecer objetos astronômicos "invisíveis" (de outra forma). Para evitar que isso aconteça, oferece maior transparência de métodos, publicação dos templates utilizados, padrões de análise e definição de data de validade para eventos que não são validados de forma independente.