Οι αστροφυσικοί που το προσποιήθηκαν
Στις 2:40 με ξύπνησε το τηλέφωνό μου. Τουλάχιστον ένας από εμάς ήταν πάντα σε βάρδια και εκείνο το βράδυ, τον Σεπτέμβριο του 2010, είχα προσφερθεί να απαντήσω σε αυτοματοποιημένα μηνύματα κειμένου από το σύστημα ειδοποίησης μας.
Ως μεταπτυχιακός φοιτητής εκείνη την εποχή, εγώ (ο Jonah) είχα βοηθήσει στην κατασκευή του πρώτου αγωγού λογισμικού ειδοποίησης γρήγορης απόκρισης για δύο παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων, που ονομάζονταν LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) και Virgo. Αυτό το σύστημα σχεδιάστηκε για να αναζητά αστροφυσικά σήματα στα δεδομένα καθώς έφθασε, να ειδοποιεί τους ανθρώπους που μπορούσαν να ελέγξουν εάν ένα σήμα φαινόταν έγκυρο και να μοιραστούν το μήνυμα με αστρονόμους σε όλο τον κόσμο, εάν χρειαζόταν. Κάθε συναγερμός έφερε τη δυνατότητα μιας θετικής ανίχνευσης - η πρώτη άμεση παρατήρηση της ανθρωπότητας των κυμάτων που ταξιδεύουν μέσα από το ιστό του χωροχρόνου, που προβλέφθηκε από τον Αϊνστάιν το 1916.
Σηκώθηκα από το κρεβάτι και έκανα μια νυσταγμένη βόλτα στον μικρό σταθμό εργασίας που κρατούσαμε στο διαμέρισμά μας. Δεν το ήξερα, αλλά η ειδοποίηση ήταν η αρχή ενός επαγγελματικού και συναισθηματικού τρενάκι. Συνδέθηκα στη βάση δεδομένων συμβάντων μας και ξεκίνησα την περιήγηση σε οικόπεδα. Δεν έμεινα νυσταγμένος για πολύ. Τα οικόπεδα έδειξαν ένα ασυνήθιστα δυνατό σήμα. Πιο δραματικά, η κυματομορφή έδειξε το μοτίβο "κελάρυσμα" που όλοι ελπίζαμε να δούμε, κάτι χαρακτηριστικό της εκπομπής βαρυτικών κυμάτων από ένα ζευγάρι μαύρων οπών που σπειροειδώς μεταξύ τους και στη συνέχεια συγχωνεύονται. Το κελάηδημα μου ήταν οικείο από τις προσομοιώσεις, αλλά κανείς δεν είχε δει ποτέ κάποιο να εμφανίζεται φυσικά. Συνέδεσα ακουστικά και πήγα σε μια κλήση συνδιάσκεψης.
Εννέα από εμάς - απλωμένοι στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ιταλία - αρχίσαμε να συζητάμε για τα αποτελέσματα, παλεύοντας με κάτι πολύ καλό για να είναι αληθινό. Οι καρδιές μας χτυπούσαν γρήγορα. Έπρεπε να πάρουμε μια γρήγορη απόφαση. Αν αυτό το δραματικό σήμα ήταν κάποιου είδους λάθος, τότε δεν χρειαζόταν να προχωρήσει περαιτέρω. Μετά από περίπου 30 λεπτά συζήτησης, συμφωνήσαμε ότι το σήμα φαινόταν έγκυρο και πατήσαμε ένα κουμπί που ώθησε μια συλλογή ρομποτικών τηλεσκοπίων να στρέψει το βλέμμα τους προς την τοποθεσία της πηγής. Οι σημειώσεις μας, συνήθως στεγνές, αποτύπωσαν αυτό που όλοι σκεφτόμασταν εκείνο το βράδυ:«Συναρπαστικό!!!!! Πολύ δυνατό σημαντικό γεγονός…”
Η πρόβλεψη του Αϊνστάιν ότι υπάρχουν βαρυτικά κύματα συζητήθηκε από τους θεωρητικούς φυσικούς για δεκαετίες. Χρειάστηκε μέχρι τη δεκαετία του 1960 για να γίνει τελικά αποδεκτό. Μισό αιώνα αργότερα, δεν είχε ακόμη εντοπιστεί ούτε μία άμεση ανίχνευση. Απόψε φαινόταν ότι όλα θα μπορούσαν να αλλάξουν και ότι θα ήμουν μέρος της ανακάλυψης.
Ή ίσως όχι.
Θυμάστε την τελευταία σας άσκηση πυρκαγιάς; Υπήρξε μια τεταμένη στιγμή που ρωτήσατε τον εαυτό σας, τι θα συμβεί αν αυτό είναι το πραγματικό; Αυτή ήταν η σκέψη που περνούσε από το μυαλό μας εκείνο το βράδυ του Σεπτεμβρίου.
Περίπου ένα χρόνο νωρίτερα, το φθινόπωρο του 2009, οι συνεργασίες LIGO και Virgo είχαν συμφωνήσει να δημιουργήσουν έναν μηχανισμό με τον οποίο θα μπορούσαν να παραποιηθούν τα δικά μας δεδομένα. Δημιουργήσαμε μια μικρή ομάδα που είχε την εξουσία να προσθέσει κρυφά ένα προσομοιωμένο σήμα στους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων μας και στη συνέχεια να κρύψει αυτό το γεγονός από τους υπόλοιπους.
Αυτό μπορεί να φαίνεται, στην αρχή, σαν κάτι άσκοπα μαζοχιστικό. Η μέτρηση κυματισμών που παραμορφώνουν τον χωροχρόνο κατά λιγότερο από τη διάμετρο ενός πρωτονίου είναι αρκετά δύσκολη. Γιατί, πέρα από αυτό, να προσπαθήσουμε να ξεγελάσουμε τον εαυτό μας;
Για να καταλάβετε την απάντηση, σκεφτείτε πώς είναι να είσαι επιστήμονας στα πρόθυρα ενός σπουδαίου, κάποιος για τον οποίο το να παίζει ρόλο σε μια νέα ανακάλυψη είναι μια από τις μεγαλύτερες δυνατές συγκινήσεις. Η ευκαιρία να μάθετε κάτι νέο για το σύμπαν, να παρατηρήσετε κάτι που κανείς δεν έχει ξαναδεί, είναι ένα απίστευτο κίνητρο. Είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι άνθρωποι επιλέγουν κατ' αρχάς καριέρα στην επιστήμη και αυτό που μας κάνει να δουλεύουμε νυχτερινές βάρδιες και Σαββατοκύριακα χρόνο με το χρόνο. Μια σημαντική ανακάλυψη αλλάζει επίσης τη σταδιοδρομία και τη φήμη τόσο για τους ερευνητές όσο και για τα ιδρύματα.
Το πρόβλημα είναι ότι αυτά τα υψηλά πονταρίσματα δεν συνδυάζονται πάντα καλά με τη διαδικασία ανακάλυψης και επιβεβαίωσης, η οποία είναι συχνά λεπτομερής, τεχνική, κουραστική και λεπτή. Σε ένα σύγχρονο, περίπλοκο πείραμα, η διάκριση της νέας επιστήμης από ένα τεχνούργημα οργάνου ή ένα φαινόμενο ρουτίνας μπορεί να μην είναι προφανές. Η συνεργασία μας πήρε την απόφαση ότι η στιγμή της πιθανής ανακάλυψης -όταν τα συναισθήματα είναι υψηλά και η φήμη διακυβεύεται- δεν είναι η ώρα να ορίσουμε μια διαδικασία για την επιβεβαίωση μιας πιθανής σημαντικής επιστημονικής ανακάλυψης. Αυτή η ώρα θα πρέπει να έρθει νωρίτερα, κατά τη διάρκεια μιας άσκησης.
Οι βασικοί κανόνες της άσκησης LIGO/Virgo ήταν απλοί:Μας είπαν ότι ένας μικρός αριθμός (ίσως μηδέν) προσομοιωμένων σημάτων βαρυτικών κυμάτων (ενέσεις υλικού) θα προστεθεί στα δεδομένα κατά τη διάρκεια της παρατήρησης του 2010. Κάθε πείραμα αναζητούσε βαρυτικά κύματα παρακολουθώντας την απόσταση που χωρίζει δύο μακρινές μάζες. Εάν περνούσε ένα κύμα, αυτές οι αποστάσεις θα συρρικνωθούν ή θα διευρυνθούν. Οι εγχύσεις υλικού μιμήθηκαν μια μικροσκοπική αλλαγή στην απόσταση διαχωρισμού ωθώντας απαλά μια μάζα με ένα μαγνητικό πεδίο που τρεμοπαίζει, προκαλώντας την να ταλαντεύεται κατά ένα εκατομμυριοστό εκατομμυριοστό εκατομμυριοστό του μέτρου. Η προκύπτουσα απόκλιση στο κύριο κανάλι δεδομένων θα μοιάζει με το αναμενόμενο σήμα από τη συγχώνευση ζευγών μαύρων οπών ή άστρων νετρονίων.
Δεν θα προειδοποιούμασταν εκ των προτέρων ή δεν θα μας έλεγαν αργότερα — όχι για λίγο, τουλάχιστον. Μόνο μια πολύ μικρή ομάδα «τυφλών εγχυτών», που έχουν ορκιστεί μυστικότητα, θα γνώριζε τον χρόνο και τη φύση των ενέσεων. Η ομάδα περιελάμβανε περίπου πέντε άτομα—αυτούς με την τεχνική τεχνογνωσία για να εκτελέσουν τις ενέσεις. Ακόμη και πολλά από τα ανώτατα στελέχη θα παραμείνουν στο σκοτάδι. Οι τυφλοί εγχυτήρες θα άφηναν πίσω τους στοιχεία σε κανάλια δεδομένων εκτός ορίων που οι υπόλοιποι είχαμε οδηγίες να μην κοιτάμε, προς τιμήν μας.
Όσοι από εμάς δεν ανήκουν στην ομάδα των τυφλών εγχυτήρων είχαμε μόνο μία επιλογή:Να αντιμετωπίζουμε τα δεδομένα σαν αληθινά. Αυτό πραγματικά μπέρδεψε με το μυαλό μας. Επιφανειακά, εδώ ήταν το σήμα που είχαμε περάσει πάνω από 20 χρόνια προσπαθώντας να βρούμε. Εάν το σήμα ήταν πραγματικό, η δουλειά μας ήταν να το αναλύσουμε όσο το δυνατόν γρηγορότερα, καίγοντας το κερί και στα δύο άκρα.
Αλλά ξέραμε επίσης ότι υπήρχε πραγματική πιθανότητα να είναι ψεύτικο. Η ομάδα έγχυσης υλικού μπορεί να γελάει κρυφά με τον ενθουσιασμό μας. Φανταστείτε να κάνετε προσφορά για έναν πίνακα 100 εκατομμυρίων δολαρίων, χωρίς να είστε σίγουροι αν είναι πλαστό. Δουλεύαμε τόσο σκληρά όσο είχαμε δουλέψει ποτέ στη ζωή μας και κάθε μέρα βυθιζόμασταν ανάμεσα στη χαρά και την εξάντληση. Θα απέδωσε πραγματικά αυτή η προσπάθεια ή ήταν ένα μεγάλο αστείο;
Ονομάσαμε το γεγονός «ο Μεγάλος Σκύλος» επειδή (λανθασμένα, αποδείχθηκε) το εντοπίσαμε στον ουρανό προς την κατεύθυνση του αστερισμού του Μεγάλου Κυνόδοντα (και επειδή, εκείνη την εποχή, ο Σείριος Μπλακ του Χάρι Πότερ ήταν πολύ δημοφιλής). Για τους επόμενους έξι μήνες δουλέψαμε πάνω στα δεδομένα και πραγματοποιήσαμε μια σειρά ελέγχων υλικού. Αναπτύξαμε νέα εργαλεία ανάλυσης και προσπαθήσαμε να καταλάβουμε αν το συμβάν οφειλόταν σε όργανα ή σε άλλο επίγειο θόρυβο. Τα δεδομένα πέρασαν κάθε δοκιμή.
Γράψαμε ένα έγγραφο ανακάλυψης. ένας από εμάς (Alan) ήταν πρόεδρος της ομάδας ανάλυσης δεδομένων και συντάκτης της εφημερίδας. Αγωνιστήκαμε με τις λέξεις στον τίτλο του χαρτιού:First Detection; Πρώτη Παρατήρηση; Ανακάλυψη? Στοιχεία για; Θα μπορούσαμε πραγματικά να διεκδικήσουμε την «πρώτη ανίχνευση», αν υπήρχε ήδη ένα βραβείο Νόμπελ το 1993; Η συνεργασία μας ήταν μεγάλη και το φάσμα των στάσεων ευρύ. Μερικοί ήθελαν να είναι εξαιρετικά προσεκτικοί και να ισχυρίζονται μόνο «αποδεικτικά στοιχεία», όχι «ανίχνευση». Κάποιοι επέμειναν να σταματήσουμε τη δημοσίευση μέχρι να δούμε περισσότερα γεγονότα. Άλλοι ήθελαν να είναι πιο τολμηροί. θεώρησαν ότι είχαμε αρκετή αυτοπεποίθηση για να αποφύγουμε να είμαστε διφορούμενοι ή ευσεβείς σχετικά με τον ισχυρισμό μας.
Εκατοντάδες συνάδελφοι ζύγισαν. ατελείωτες συζητήσεις και επιχειρήματα εφαρμόστηκαν σε κάθε λέξη. Το να πείσουμε 700 σκεπτικιστές επιστήμονες να συμφωνήσουν σε όλες τις λέξεις σε μια εργασία και στο απαιτούμενο επίπεδο εμπιστοσύνης, ήταν ένα τεράστιο έργο, με περίπλοκη κοινωνιολογία. (Στην πραγματικότητα, ένας κοινωνιολόγος - ο Χάρι Κόλινς - έχει γράψει δύο βιβλία σχετικά με τον αγώνα της κοινότητας των βαρυτικών κυμάτων να αποδεχθεί ή να απορρίψει διάφορους ισχυρισμούς ανίχνευσης.) Στο τέλος, καταλήξαμε στον τίτλο «Στοιχεία για την άμεση ανίχνευση της βαρύτητας Κύματα από μια δυαδική συνένωση μαύρης τρύπας." Μπορείτε σχεδόν να ακούσετε τον συμβιβασμό σε αυτόν τον τίτλο.
Τον Μάρτιο του 2011, μαζευτήκαμε σε ένα ξενοδοχείο κοντά στην Αρκαδία της Καλιφόρνια για να εξετάσουμε όλα τα στοιχεία και το προσχέδιο του χαρτιού και να ψηφίσουμε για την υποβολή τους σε ένα περιοδικό. Υπήρχαν περισσότερα από 300 άτομα στο δωμάτιο και περίπου άλλα εκατό άλλα συνδεδεμένα μέσω Διαδικτύου. Φέραμε πολλή σαμπάνια. Συζητήσαμε. Ψηφίσαμε για να εγκρίνουμε το έντυπο σχέδιο. Έγιναν ομιλίες για να γιορτάσουν τον μακρύ δρόμο που είχαμε διανύσει, από την κατασκευή απίστευτων ανιχνευτών, την εύρεση σήματος, μέχρι την εκτέλεση ολόκληρης της διαδικασίας διεκδίκησης ανίχνευσης. Ανοίξαμε τη σαμπάνια.
Στη συνέχεια, ο Τζέι Μαρξ, ο διευθυντής του Εργαστηρίου LIGO, που κρατούσε έναν κουρελιασμένο φάκελο στην τσέπη του για περισσότερους από έξι μήνες, ανέβηκε στη σκηνή. Ήταν έτοιμος να ανοίξει τον φάκελο και να μας πει αν το όλο θέμα ήταν απάτη.
Αν γυρίζατε σπίτι από τη δουλειά και αναγγείλατε, «σήμερα είδα ένα κοπάδι χήνες να πετάει στον ουρανό», είναι απίθανο κάποιος να σας αμφισβητήσει. Αλλά τι θα γινόταν αν έλεγες, «σήμερα, είδα δράκους να πετούν στον ουρανό». Η οικογένειά σας θα δεχόταν την ιστορία σας; Πόσες αποδείξεις θα χρειαζόσουν; Τι θα γινόταν αν πραγματικά είχατε είδατε δράκους, αλλά ήταν μια μοναδική εκδήλωση;
Ετοιμαζόμασταν να ανακοινώσουμε μια θετική ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων με βάση ένα μόνο γεγονός. Δεν ξέραμε πόσο σπάνια θα ήταν τα κύματα - ήταν απολύτως δυνατό να είναι τόσο σπάνια που το επόμενο γεγονός δεν θα συνέβαινε στη διάρκεια της ζωής μας. Πόσα στοιχεία θα ήταν αρκετά; Μια κοινή κατευθυντήρια γραμμή στη φυσική είναι ότι μια νέα ανακάλυψη απαιτεί ένα επίπεδο αποδεικτικών στοιχείων «5-σίγμα», που σημαίνει ότι ένα γεγονός είναι απίθανο να είναι διακύμανση θορύβου, με εμπιστοσύνη μεγαλύτερη από 99,9999 τοις εκατό. Υπολογίσαμε ότι το υποψήφιο συμβάν μας ήταν «πιο δυνατό» από τις πιο δυνατές και σπάνιες διακυμάνσεις θορύβου που θα μπορούσαμε να συναντήσουμε σε χιλιάδες χρόνια παρατηρήσεων LIGO και Virgo.
Μέχρι εδώ καλά. Αλλά η ποσοτικοποίηση αποδείξεων ότι το σήμα δεν ήταν θόρυβος δεν είναι το ίδιο με την ποσοτικοποίηση της εμπιστοσύνης ότι ήταν πραγματικό σήμα. Στην πραγματικότητα, δεδομένου ότι κανείς δεν είχε δει ποτέ άμεσα ένα βαρυτικό κύμα, δεν είχαμε κανένα πραγματικό τρόπο να εκφράσουμε την πεποίθησή μας ότι ήταν πραγματικό. Ίσως δεν υπάρχουν βαρυτικά κύματα και δεν υπήρχαν αστροφυσικά σήματα για να ανιχνεύσουμε. Αν το πιστεύατε αυτό, θα απορρίπτατε το σήμα μας λόγω θορύβου ή δυσλειτουργίας, όσο απίθανο κι αν είναι αυτό.
Στην επιστήμη, το ζήτημα του πότε να πιστέψουμε είναι ένα βαθύ και αρχαίο πρόβλημα. Δεν υπάρχει καθολική απάντηση, και η αξιολόγηση της αξίας οποιασδήποτε πιθανής ανακάλυψης περιλαμβάνει πάντα την εξέταση των προηγούμενων πεποιθήσεων των ατόμων που εμπλέκονται. Δεν υπάρχει τρόπος να αποφύγετε αυτό.
Ποιες ήταν λοιπόν οι προηγούμενες πεποιθήσεις μας; Μέχρι το 1975, υπήρχαν σαφείς και πειστικές αποδείξεις για την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων από παρατηρήσεις από τους αστρονόμους ραδιοφώνου Russell Hulse και Joseph Taylor (οι οποίοι κέρδισαν το Νόμπελ Φυσικής το 1993 για το έργο τους). Παρατήρησαν ένα ζευγάρι συμπαγών άστρων νετρονίων να περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο και να χάνουν την τροχιακή τους ενέργεια. Η θεωρία του Αϊνστάιν προέβλεψε ότι τα βαρυτικά κύματα θα μετέφεραν την τροχιακή ενέργεια μακριά, αναπαράγοντας ακριβώς αυτό που έβλεπαν ο Hulse και ο Taylor. Έτσι, τα στοιχεία από τη ραδιοαστρονομία έκαναν να φαίνεται πιθανό ότι υπάρχουν βαρυτικά κύματα.
Ήμασταν λιγότερο σίγουροι ότι είχαμε την ευαισθησία του εξοπλισμού που απαιτείται για τη μέτρησή τους. Το 2010, οι ανιχνευτές LIGO και Virgo ήταν «ανιχνευτές»:Μαντέψαμε ότι θα ήταν ανεπαρκώς ευαίσθητοι στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση δυαδικών αστεριών, αλλά θα μας έδιναν ανεκτίμητες πληροφορίες για το σχεδιασμό των προηγμένων ανιχνευτών επόμενης γενιάς. Γνωρίζαμε επίσης ότι τόσο τα παρατηρητήρια όσο και το επίγειο περιβάλλον τους είχαν μια ποικιλία από κακές συμπεριφορές που θα μπορούσαν, έστω και πολύ σπάνια, να παράγουν αυτό που θα φαινόταν σαν ένα σήμα εξωγήινου βαρυτικού κύματος. Οι αγωγοί αναζήτησής μας ήταν αρκετά περίπλοκοι που μπορεί να έχουν επίσης σπάνιες λειτουργίες αποτυχίας.
Σε γενικές γραμμές, λοιπόν, οι προηγούμενες πεποιθήσεις μας ήταν ανάμεικτες. Αυτό το μείγμα έτεινε να δημιουργήσει δύο προβληματικές προσεγγίσεις για την ερμηνεία του πρόσφατα παρατηρούμενου (και πιθανώς ψεύτικο) συμβάντος:Προσπάθεια να το σκοτώσεις (αν δεν μπορεί να αποδειχθεί ότι είναι ψευδές, πρέπει να είναι αληθινό) και προσπάθεια να το ανυψώσεις (αν είναι πραγματικά κάτι καινούργιο, δεν μπορούμε να είμαστε σίγουροι για αυτό που ψάχνουμε, οπότε ας έχουμε τα μάτια μας ορθάνοιχτα και ας ψάξουμε για οτιδήποτε μυρίζει αληθινό). Και οι δύο προσεγγίσεις είναι επικίνδυνα προκατειλημμένες, επειδή και οι δύο επιλέγουν να αναζητήσουν ένα είδος αποδεικτικών στοιχείων και αγνοούν έναν άλλο. Ο πραγματικός μας στόχος ήταν να ελαχιστοποιήσουμε την προκατάληψη και να αποφύγουμε να σκοτώνουμε ή να εξυψώνουμε σκοπίμως οτιδήποτε.
Αυτή ήταν η ιδιοφυΐα της έγχυσης πλαστού σήματος:Όποια και αν ήταν η προηγούμενη πεποίθηση ενός επιστήμονα, του έδωσε λόγο να αμφιβάλλει. Ένας επιστήμονας που πίστευε ότι η τρέχουσα γενιά οργάνων απλώς δεν ανταποκρίνεται στο καθήκον θα έπρεπε να επιτρέψει την πιθανότητα να ήταν. Ένας επιστήμονας που μπαίνει στον πειρασμό να ανυψώσει ένα σήμα λόγω των πλεονεκτημάτων μιας πραγματικής ανίχνευσης θα πρέπει να μετριάσει τον ενθουσιασμό του/της για να αποφύγει να κάνει έναν ψευδή ισχυρισμό. Το ψεύτικο bugaboo της ένεσης μας ανάγκασε να κρατήσουμε ανοιχτό μυαλό, να εφαρμόσουμε σκεπτικισμό και λογική και να εξετάσουμε τα στοιχεία στην ονομαστική τους αξία.
Έτσι, όταν ο Jay Marx άνοιξε τον φάκελο του στην Αρκαδία το 2011 και μας είπε σε όλους ότι το Big Dog ήταν ένα Big Fake, και ότι μόλις είχαμε ολοκληρώσει την πρώτη επιτυχημένη άσκηση ανακάλυψης πυρκαγιάς στην ιστορία της παρατήρησης βαρυτικών κυμάτων, εξακολουθούσαμε να το αντιμετωπίζαμε ως μια στιγμή εορτασμός. Σηκώσαμε ποτήρια σαμπάνιας και φρυγανίσαμε την ψεύτικη επιτυχία μας. Ήταν ένα περίεργο, κούφιο συναίσθημα. Αλλά ξεκάθαρα, το Big Dog είχε παρακινήσει μια αναταραχή εργασίας, συμπεριλαμβανομένων μεγάλων βημάτων προς τα εμπρός στην ικανότητά μας να μετράμε τις μάζες των αντικειμένων πηγής (του αστέρα νετρονίων ή της μαύρης τρύπας) χρησιμοποιώντας μόνο το σήμα του βαρυτικού κύματος. Το πιο σημαντικό είναι ότι η συνεργασία μας είχε συμφωνήσει για πρώτη φορά ποια πρότυπα θα χρησιμοποιούσαμε και πώς θα ελαχιστοποιούσαμε τις προκαταλήψεις μας. Για πρώτη φορά, είχαμε αποφασίσει ότι είχαμε αρκετά στοιχεία για ανίχνευση.
Είναι δύσκολο να εκτιμηθεί πόσο σημαντικό είναι αυτό. Μερικά πειράματα βαρυτικών κυμάτων είχαν υποφέρει στο παρελθόν από υπερεκτιμημένους ισχυρισμούς και η συνεργασία LIGO/Virgo είχε αυξηθεί σε μέγεθος σε σημείο που ήταν δύσκολο να επιτευχθεί συναίνεση σχετικά με τα πρότυπα. Δεν ήταν σαφές πριν από το 2011 ότι κάποιο επίπεδο αποδεικτικών στοιχείων θα ήταν αρκετό.
Τώρα—επιτέλους—ένα ψεύτικο σήμα μας έκανε να νιώθουμε προετοιμασμένοι για πραγματική επιτυχία.
Τον Σεπτέμβριο του 2015, σχεδόν πέντε χρόνια μετά το Big Dog, η ειδοποίηση αγωγού χαμηλής λανθάνουσας κατάστασης επανήλθε. Αυτή τη φορά, το παρατήρησαν για πρώτη φορά ερευνητές στο Ινστιτούτο Άλμπερτ Αϊνστάιν στο Αννόβερο της Γερμανίας, οι οποίοι έστειλαν ένα email με τις λέξεις «πολύ ενδιαφέρον γεγονός» στο θέμα της όλης συνεργασίας. Θυμάμαι ότι άνοιξα τον υπολογιστή μου και έβρισκα τα εισερχόμενά μου να σκάνε. Παράτησα τα email και κάλεσα έναν συνάδελφο. Μου έδειξε μια σελίδα αποτελεσμάτων φτιαγμένη με κώδικα υπολογιστή που είχα βοηθήσει να γράψω, η οποία έδειχνε ένα προφανές σήμα κελαηδήματος. Έπιασα ρίγη. Έκλεισα τα μάτια μου και έριξα μια δεύτερη ματιά. Σηκώθηκα όρθιος και περνούσα με τα πόδια στο δωμάτιο. "Τι συμβαίνει?" με ρώτησε η γυναίκα μου. «Λοιπόν, δεν είμαι σίγουρος», είπα. "Αλλά νομίζω ότι βρήκαμε ένα βαρυτικό κύμα."
Από το 2010 έως το 2015, οι αρχικοί ανιχνευτές LIGO τόσο στο LIGO Hanford Observatory όσο και στο LIGO Livingston Observatory είχαν αποσυναρμολογηθεί και στη θέση τους κατασκευάστηκαν και εγκαταστάθηκαν οι προηγμένοι ανιχνευτές LIGO. Αυτοί οι νέοι ανιχνευτές περιελάμβαναν μια σειρά από αναβαθμίσεις, όλες με σκοπό τη βελτίωση της ευαισθησίας των οργάνων και να κάνουν τις ανιχνεύσεις πιο πιθανές. Οι βελτιώσεις περιελάμβαναν μεγαλύτερους καθρέφτες, πιο ισχυρά λέιζερ και ενεργούς βρόχους ανάδρασης για καλύτερη σεισμική μόνωση. Αντί να αιωρούνται οι δοκιμαστικές μάζες με σύρματα, ήταν πλέον κρεμασμένες σε λεπτές ίνες γυαλιού ανθεκτικές στους θερμικούς κραδασμούς. Οι βελτιώσεις σχεδιάστηκαν για να αυξήσουν την εμβέλεια του LIGO κατά 10 φορές και έτσι να αυξήσουν χίλιες φορές τον όγκο του χώρου που θα μπορούσε να αναζητηθεί για σπάνια συμβάντα.
Ξεκινήσαμε μια μηχανική διαδρομή (σχεδιασμένη για να δοκιμάζουμε τα όργανά μας και όχι για να λαμβάνουμε δεδομένα) στα τέλη Αυγούστου 2015 και προγραμματίσαμε να ξεκινήσουμε επίσημα την πρώτη μας δοκιμή παρατήρησης στις 18 Σεπτεμβρίου. Κατά τη διάρκεια της μηχανικής δοκιμής, δεν θα υπήρχαν τυφλές ενέσεις. Μέχρι τις 12 Σεπτεμβρίου, οι ανιχνευτές λειτουργούσαν ήδη ομαλά και με καλή ευαισθησία. έτσι τους αφήσαμε ανενόχλητους για να παρατηρήσουν τον ουρανό.
Καλό πράγμα. Τα ξημερώματα της 14ης Σεπτεμβρίου 2015, οι ανιχνευτές μας και το σχετικό λογισμικό αγωγών αναζήτησης εντόπισαν ένα συμβάν που συνάδει με μια δυαδική συγχώνευση μαύρης τρύπας περίπου 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Ήταν δυνατός και σαφώς ασυνεπής με τον ανιχνευτή ή τον επίγειο θόρυβο, με εμπιστοσύνη καλύτερη από 99,9999 τοις εκατό. Ουάου… τόσο σύντομα μετά την ενεργοποίηση, και τόσο δυνατά. θα μπορούσε πραγματικά η φύση να ήταν τόσο ευγενική; Το ονομάσαμε GW150914.
Αλλά — θα μπορούσε να είναι μια τυφλή ένεση, παρόλο που δεν έπρεπε να γίνει; Μέσα σε λίγες ώρες, πολλοί από εμάς (συμπεριλαμβανομένου του Άλαν) ήμασταν σε τηλεσυνομιλία για να το συζητήσουμε. Ο Μάικ Λάντρι, ένα από τα μέλη της «ομάδας τυφλής έγχυσης» του 2010, ήταν παρών και είπε ότι δεν συγκλήθηκε ομάδα τυφλών έγχυσης για τη μηχανική δοκιμή και ότι δεν ήταν μια τυφλή ένεση. Αν η ανακάλυψη γινόταν λίγες μέρες αργότερα, κατά τη διάρκεια της παρατήρησής μας, η ομάδα τυφλών ενέσεων μπορεί να ήταν ενεργή και να είχε ορκιστεί για μυστικότητα. Αλλά αυτή τη στιγμή, οι τυφλές ενέσεις απλώς δεν ήταν μια επιλογή. Ωστόσο, τον αμφισβητούσαμε. Ζητήσαμε να δούμε το κανάλι δεδομένων μυστικής τυφλής ένεσης. Η απάντηση:"Προχωρήστε αμέσως."
Ψάξαμε και δεν βρήκαμε τίποτα. Ο φυσικός που είναι υπεύθυνος για τις ενέσεις υλικού, Jeff Kissel, έγραψε το εξής στο ηλεκτρονικό μας ημερολόγιο:«Δεν υπήρξαν παροδικές ενέσεις κατά τη διάρκεια του G184098 Candidate Event». Ήταν η πιο σύντομη καταχώρισή του στο ηλεκτρονικό ημερολόγιο. Αργότερα, κέρδισε το βραβείο για την καλύτερη καταχώριση ηλεκτρονικού καταγραφής της χρονιάς.
Εντάξει. Αλλά θα μπορούσε να ήταν απατεώνας ένεση? Ίσως κάποιος γνώστης αλλά δυσαρεστημένος συνάδελφος ή πρώην υπάλληλος να κουβαλούσε μνησικακία και ήξερε ότι μια ψεύτικη ένεση θα προκαλούσε πραγματικά δυστυχία στους πρώην συναδέλφους του. Αυτό δεν θα ήταν τόσο εύκολο να γίνει - ή να αποκλειστεί. Οι απατεώνες θα έπρεπε να κάνουν πολλά πράγματα σωστά. Η κυματομορφή του σήματος θα πρέπει να είναι ακριβώς σωστή. Οι εγχύσεις στους δύο ανιχνευτές μας (που χωρίζονται κατά σχεδόν 2.000 μίλια) θα πρέπει να είναι απόλυτα συνεπείς ως προς το χρόνο, το πλάτος και τη φάση. και όλα τα κανάλια δεδομένων, μυστικά ή άλλα, θα πρέπει να απολυμανθούν για να μην αφήσουν ίχνη. Ελέγξαμε δεκάδες κανάλια δεδομένων. Δεν βρέθηκε τίποτα που να είναι απολύτως συνεπές με μια ένεση υλικού οποιουδήποτε είδους.
Αφήνουμε τους εαυτούς μας να συμπεράνουμε αυτό που ελπίζαμε:Αυτό δεν ήταν άσκηση. Άρχισε λοιπόν η ανάλυση. Η αφετηρία μας; Το συμβάν ανίχνευσης του 2010. Χρησιμοποιήσαμε ξανά τη λίστα ελέγχου ανίχνευσης εκείνου του έτους και προσαρμόσαμε το παλιό μας πλαίσιο επιτροπής ανίχνευσης για τα νέα δεδομένα. Εφαρμόσαμε όσα είχαμε μάθει σχετικά με την εκτίμηση παραμέτρων (την ικανότητά μας να μετράμε τις μάζες, τις περιστροφές και άλλα χαρακτηριστικά μιας δυαδικής συγχώνευσης).
Αυτό που θυμόμαστε από τις πρώτες μέρες της ανακάλυψης του 2015 ήταν ένα εκπληκτικό επίπεδο ηρεμίας. Σε μια περίοδο έντονης πίεσης, οι συνάδελφοί μας ακολούθησαν τη διαδικασία, δούλεψαν σκληρά και παρήγαγαν εξαιρετικά αποτελέσματα. Αυτή ήταν η μεγαλύτερη ανταμοιβή της άσκησης πυρκαγιάς του 2010:Είχαμε την εμπειρία να εργαζόμαστε με δεδομένα υψηλού στοιχήματος, ενώ εμπιστευόμασταν τη διαδικασία, τα στοιχεία και τους συναδέλφους μας. Αν αυτή ήταν η πρώτη φορά που συναντούσαμε ένα «πραγματικό» σήμα, η αμφιβολία, η ανησυχία, το άγχος και οι φιλοσοφικές διαφωνίες θα μπορούσαν να μας εμποδίσουν να πούμε ποτέ με βεβαιότητα, «αυτό είναι πραγματικό». Μαθαίνοντας να κατασκευάζουμε αποδείξεις ότι βρήκαμε το ψεύτικο σήμα, μάθαμε πώς να βρίσκουμε ένα αληθινό. Η άσκηση ανακάλυψης πυρκαγιάς μας είχε διδάξει πώς να χρησιμοποιούμε ένα σύνολο αποδεικτικών στοιχείων για να πιστεύουμε σε κάτι εξαιρετικό.
Είναι ενδιαφέρον, όμως, το ερώτημα «πότε έχουμε αρκετά στοιχεία;» ανατράφηκε ξανά. Μερικοί ερευνητές υποστήριξαν ότι δεν θα έπρεπε να διεκδικήσουμε την ανίχνευση μέχρι να δούμε μια δεύτερη συγχώνευση μαύρης τρύπας! Αν δεν δούμε ποτέ ένα δεύτερο, η σκέψη πήγε, πώς μπορούμε να καταλάβουμε ότι το πρώτο δεν ήταν κάποιου είδους ατυχία; Αυτή η συζήτηση ήταν αμφιλεγόμενη και συνδέθηκε με το γεγονός ότι οι προηγμένοι ανιχνευτές μόλις είχαν αρχίσει να λειτουργούν. Μερικοί άνθρωποι υποστήριξαν ότι έπρεπε να αποκτήσουμε περισσότερη εμπειρία με τους νέους ανιχνευτές για να κατανοήσουμε τις ιδιορρυθμίες του θορύβου και των ανιχνευτών. Άλλοι επεσήμαναν ότι αν λάβαμε ένα πραγματικό σήμα με λίγες μόνο ημέρες παρατήρησης, το ποσοστό ήταν πιθανότατα αρκετά υψηλό ώστε να περιμένουμε να δούμε περισσότερα. Ευτυχώς η φύση μας έδωσε ένα διάλειμμα. Μια δεύτερη πιθανή ανίχνευση έφτασε στις 12 Οκτωβρίου, λιγότερο από ένα μήνα μετά την πρώτη ανακάλυψη. Η σύζευξη έπεισε σχεδόν όλους ότι είχαμε αρκετά στοιχεία για να δημοσιεύσουμε. Ακόμα καλύτερα, στα τέλη Δεκεμβρίου, υπήρξε άλλη μια αναμφισβήτητα σαφής ανίχνευση, που δεν αφήνει περιθώρια αμφιβολίας.
Πέντε μήνες μετά την ανίχνευση του GW150914, έχοντας γράψει περισσότερες από δώδεκα εργασίες σχετικά με αυτό (βλ. papers.ligo.org), με το κύριο έγγραφο να γίνεται αποδεκτό για δημοσίευση στο Physical Review Letters , ανακοινώσαμε δημόσια την ανακάλυψη σε μια συνέντευξη Τύπου στα κεντρικά γραφεία της NSF τον Φεβρουάριο του 2016. Αυτή τη φορά, δεν υπήρχε τίποτα κενό στον εορτασμό.
Ο Jonah Kanner είναι ερευνητής στο LIGO Laboratory, Caltech. έχει 10 χρόνια εμπειρία στην εργασία με δεδομένα βαρυτικών κυμάτων.
Ο Alan Weinstein είναι καθηγητής φυσικής στο Caltech και επικεφαλής της ομάδας ανάλυσης αστροφυσικών δεδομένων του Εργαστηρίου LIGO στο Caltech.
