2016 年 2 月に重力波の発見を歓迎する歴史的な発表が行われた後、懐疑論者が現れるまでに時間はかかりませんでした。
レーザー干渉計重力波天文台（LIGO）による時空構造の微弱なうねりの検出は、宇宙に新たな耳を開いたと言われています。しかし翌年、コペンハーゲンのニールス ボーア研究所の物理学者グループが、LIGO の分析に疑問を投げかける論文を発表しました。彼らは、実験の有名な最初の信号である波線 — 10 億光年以上離れた巨大なブラック ホールの衝突を表している — に批判の的を絞った.
LIGO がより多くの重力波信号を感知し、その創設者がノーベル賞を受賞したときでさえ、アンドリュー・ジャクソン名誉教授が率いるコペンハーゲンの研究者たちは、LIGO のツイン検出器によって拾われた「ノイズ」に説明のつかない相関関係を発見したと主張しました。重力波が通過するとアームが交互に伸縮する L 字型の検出器は、ルイジアナ州リビングストンとワシントン州ハンフォードに離れて配置されており、宇宙からの重力波紋のみが両方の装置を適切に小刻みに動かすことができるようになっています。テルテール信号を生成します。しかし、ジャクソンと彼のチームによると、ノイズ データの相関関係は、LIGO が重力波ではなく、地球の擾乱、おそらく地震を検出した可能性があることを示唆しています。彼らは、少なくとも、機器または LIGO 科学者の分析に何か問題があると主張しました。
調査結果は気になるものでした。 LIGO の科学者たちは自分たちの研究を再度チェックし、専門家の一団が昨年、ジャクソンと同僚のアルゴリズムの詳細を掘り下げるためにニールス ボーア研究所を訪れました。 2 つの研究グループが、LIGO のデータとコペンハーゲン グループのコードを個別に分析することに着手しました。
現在、両方のグループが研究を完了しています。新しい論文は、ジャクソンと彼の共著者が主張するようになった問題のさまざまな側面を説明しています。両方の分析は、主張が間違っていると明確に結論付けています:LIGO のノイズには説明のつかない相関関係はありません.
「重力波の発見について長引く疑念の正当化は見当たらない」と、論文の 1 つの著者であるペリメーター理論物理学研究所の物理学者マーティン・グリーンとジョン・モファットは電子メールで述べた。
このペアは、LIGO とは直接の関係はありません。 「人々がグループとは独立してデータと結果の分析を行うことは科学にとって重要です」とモファットは言いました、「特に物理学の歴史におけるそのような歴史的な出来事のために」.
プリンストン大学の重力波専門家で、最近の研究には一切関与していない Frans Pretorius は、1 年以上にわたり、彼と物理学コミュニティの大部分は、LIGO の分析とその発見が適切であることに満足してきたと語った。 .それにもかかわらず、彼は、「メディアが行ったり来たり」するのではなく、「最終的に論文の形で徹底的な分析が行われることが重要です」と述べました。
1,200 人の LIGO Scientific Collaboration のスポークスパーソンであるマサチューセッツ工科大学の David Shoemaker は、電子メールで、新しい調査結果はチーム内の内部議論を裏付けるものであると述べました。 「これらの2つの非共同再分析を見ると、[重力波の]検出が本物であるという私の確信が再確認されます」とシューメーカーは言いました。 /em> 紙に問題があります。」
ジャクソンは電子メールで、Physics Letters B に掲載された Green と Moffat の論文を呼び出しました。 9月には「絶対ゴミ」。詳細を尋ねられたとき、彼は彼らの議論を誤って特徴付けているように見え、彼のチームの仕事について彼らが提起した最も重要な問題に対処していませんでした.ジャクソンはまた、ドイツのハノーバーにあるマックス プランク重力物理学研究所のアレックス ニールセンと 3 人の共著者による 2 番目の一連の発見を却下しました。 11 月に予定されており、Journal of Cosmology and Astroparticle Physics によって審査中です。 . 「私たちはこの最新の論文への回答を書いているところです」とジャクソンは書いているので、「彼らがどこで（もう一度）間違いを犯したかは説明しません。」
「コペンハーゲンのグループは、自分たちが間違っている可能性があることを受け入れることを拒否しています」とモファットは言いました。 「実際、彼らは間違っています。」
専門家は、この問題はいくつかの失敗の組み合わせに帰着したと言っています:いくつかはコペンハーゲンの物理学者によるもので、もう 1 つは LIGO によるものです。
ノイズの多い背景から通過する重力波のちっぽけな揺れを引き出すのを助けるために、LIGO のアルゴリズムは、通過する重力波またはバックグラウンド ノイズによって攪拌されると振動するツイン検出器のアームの長さを「テンプレート波形」と常に比較します。アインシュタインの一般相対性理論から計算された重力波信号。ハンフォードで検出された信号と、リヴィングストンでその直前または直後に検出された信号がテンプレート波形に適合するものとほぼ一致すると、電子メール アラートが世界中に飛び交います。
次に、科学者は、2 つの検出器の信号に最もよく一致する「最適な」重力波形を慎重に決定します。この波形が各信号から差し引かれると、「ノイズ残留物」が残ります — 計測器が約 2,000 マイル離れているため、検出器に残っている相関関係のない小さな揺れです。
コペンハーゲンのグループは 2017 年の論文で、推定重力波信号が両方の検出器に到達したちょうどその 7 ミリ秒後に、リビングストンのノイズがハンフォードのノイズと一致することを発見したと主張しました。彼らはこれを、LIGO が信号をノイズからきれいに分離していないか、正確なタイミングでのノイズの相関が信号全体の原因であると解釈しました。
しかし、Green と Moffat は、コペンハーゲン チームのデータ処理で一連のエラーを特定しました。実際には存在しない相関関係を作成するために共謀したと彼らは言います。
残差の相関関係を探すために、ジャクソンと彼の同僚は、リビングストン データの 20 ミリ秒のセグメントを選択し、ハンフォード データの 20 ミリ秒のセグメントをスライドさせて、ピークがピークと重なり合い、谷と谷が重なり合うたびに相関関係を登録しました。彼らは、データが 7 ミリ秒オフセットされたときに強い相関関係が発生することを発見しました。しかし、グリーンとモファットは、ジャクソンと同僚のコードを使用して手順を逆にし、ハンフォード ノイズ データを修正してリビングストン データ セグメントをスライドさせたところ、7 ミリ秒のオフセットでの相関関係がなくなったことに気付きました。デジタル信号処理の専門家である Green 氏は、次のように述べています。むしろ、データセグメントの長さとそれらの非対称処理は、「ほぼ任意の時間オフセットで相関信号を取得するように調整されました」と彼は言いました.
別の計算で、ジャクソンと彼のチームは、2 つの検出器のノイズ レコード全体で、非ランダムで相関のあるパターンの山と谷を見つけたようです。しかし、Green と Moffat は、コペンハーゲンの物理学者が 2 セットのノイズ データを「ウィンドウ処理」していなかったと推測しました。ウィンドウ処理は、他のデータとの比較を容易にする「フーリエ変換」と呼ばれる数学的演算を実行する前に、データ セグメントの最初と最後で信号をスムーズにゼロにダイヤルする標準的な手法です。フーリエ変換は、データ セグメントを周期的であるかのように処理し、最初と最後を一緒にループします。セグメントがウィンドウ化されていない場合、「境界の歪み」と呼ばれるエンドポイントでの急激な変化は、データが 2 番目のデータ セットと比較されたときに相関関係のように見える可能性があります。
Green と Moffat が 2 セットのノイズ データにウィンドウを適用したところ、主張されていた相関関係は解消されました。 「私たちの懸念は、コペンハーゲンのグループによって行われた計算が、彼らが得たいと思っていた結果を得るために考案されたことです」とグリーンは言いました.
ニールセンと彼の共著者であるアレクサンダー・ニッツ、コリン・カパノ、ダンカン・ブラウンもまた、主張されているノイズの相関関係は本物ではないと結論付けたが、少なくとも部分的には、LIGO が間違ったデータを提供したことに誤りがあった可能性があると述べている。 Physical Review Letters の 2016 年の発見論文の最初の図 .
シラキュース大学の重力波天文学者で元 LIGO メンバーである Brown 氏は、図 1 は「人々が腕に彫ったもの」であり、データの独立した分析を追求するために今年コラボレーションを離れたと述べています。
図の上部パネルには、リビングストンとハンフォードで検出された重力波信号を表す波線が並んでいます。その下には信号に厳密に一致するテンプレート波形があり、下のパネルには、テンプレート波形が各データセットから差し引かれた後の、2 つの検出器の「残留ノイズ」を表すギザギザの線があります。
Brown は、昨年コペンハーゲンを訪れた際に詳細に調べた Jackson のコードは、ありふれた理由で 7 ミリ秒のオフセットで残差の重複を検出したと説明しました。図 1 に示すテンプレート波形は「最適な」波形ではありません。 LIGO が厳密な分析で実際に使用したもの。この図は説明目的で作成されたものである、とブラウンらは説明しています。図の作成者は、慎重な計算によって決定された最適な信号を使用するのではなく、テンプレートの波形を双子の信号に目で合わせていました。減算された波形のわずかな不完全性は、両方のデータ セットに減算されずに残った重力波信号があり、図 1 の下部に示されているノイズと混ざってしまったことを意味します。ジャクソンと同僚のアルゴリズムによってからかわれました。 「彼らが発見したのは、信号波形の不完全な減算でした」と Brown 氏は述べています。 「 PRL で使用されている波形よりも優れた波形を差し引くと、 論文では、統計的に有意な残差は見つかりません。」
「もしLIGOが何か間違ったことをしたとしても、その数字の断片が実例であり、検出の主張がそのプロットに基づいていないことを明確にすることはできませんでした.」しかしジャクソンは、電子メールで LIGO の科学者を「不正行為」であり、「優れた科学的実践の中心的な規範の 1 つに違反していることを読者に知らせないという意識的な決定」を行っていると非難しました。
LIGO のずさんな数字とコペンハーゲン グループの誤った計算のどちらが悪いのでしょうか? 「実際には、両方だと思います」とブラウンは言いました。グリーンとモファットの発見が示唆するように、ジャクソンと彼の同僚がパラメータを調整して7ミリ秒のオフセットで相関を作成できた場合、これは本質的に彼らの計算にバイアスをかけたでしょう.次に、同じオフセットで、彼らの偏ったアルゴリズムが、ノイズの中で不完全に差し引かれた信号のビットを選び出し、誤った印象を補強しました.
しかし、ジャクソンは、説明のつかない相関関係が存在すると主張し、彼と彼の同僚は最近の研究に対する反論を準備している.彼は今でも、LIGO の最初の、最も強力な重力波信号 (およびその延長で他のすべての信号) は、まったく別のものだった可能性があると考えています。 LIGO 検出器は 1 時間に 1 回程度検出します。」
しかし、どちらの新しい論文も、LIGO とは異なるアルゴリズムを使用して、LIGO の生データを見直して再分析し、その中の重力波信号を再発見しました。他の研究者も同じことをしています。
「重力波データの独立した分析を追求することは、非常に重要で価値のあることだと思います。より多くの人々が参加していることを嬉しく思います」と、LIGO のスポークスパーソンである Shoemaker 氏は述べています。 「そのジャクソンら 研究はいくつかの追加の独立した調査を刺激し、肯定的な結果と見なすことができますが、個人的には、「ドラマ」の完全に不必要なコストがかかると思います。」
一方、LIGO のツイン検出器は、2017 年にスイッチを入れた Virgo と呼ばれるヨーロッパの 3 番目の機器とともに、これまでに 10 回のブラック ホール衝突と衝突中性子星からの 1 回の時空の揺れを記録しています。科学者たちは今月、4 つの最新のブラック ホールの検出を発表し、これらの神秘的で目に見えない超高密度の球体の宇宙人口の増加を示すまばゆいばかりのグラフィックスをリリースしました。昨年、中性子星の衝突が検出されたとき、70 の望遠鏡が花火に向かって旋回しました。彼らの観察は、金の宇宙起源、宇宙の膨張率などを示しました。
Brown は、LIGO の革命的な発見が懐疑論を招いたことは驚くべきことではないと述べた。強力なイベントが検出されたのは「基本的にはスイッチをオンにした日」であり、宇宙でのブラック ホールの衝突率は予想の上限にあることが判明しました。
「宇宙は重力波天文学者を愛しています」と彼は言いました。
この記事は Wired.com に転載され、スペイン語版は Investigacionyciencia.es に転載されました .
