Abbiamo davvero osservato le onde gravitazionali?5 min di lettura

Le onde gravitazionali sono state osservate direttamente con successo il 14 settembre 2015, per la prima volta nella storia, dall’interferometro americano LIGO. La collisione di due buchi neri generò quell’evento 1,3 miliardi di anni fa e noi tutti siamo stati abbastanza fortunati da vivere nel momento giusto per poter avere i mezzi tecnologici per fare questa scoperta.

Questa osservazione è valsa il premio Nobel per la fisica nel 2017 e, notizia molto meno rilevante, io ho anche scritto un libro di divulgazione su questo argomento chiamato proprio Onde gravitazionali.

Tutto questo per dire che anche se sono passati tre anni, comunque la comunità scientifica è andata molto avanti: altre onde gravitazionali sono state osservate da collisioni di buchi neri e anche da collisioni tra stelle di neutroni.

Perché vi faccio questo riassunto breve che probabilmente conoscete già?

Perché la rivista NewScientist ha pubblicato un articolo nei giorni scorsi in cui si parla di dubbi sulla scoperta delle onde gravitazionali. In realtà, come vedremo, la faccenda va avanti già da un paio di anni. Ma la copertina di NewScientisti del 3 novembre 2018 (che vedete qui sotto) direi che è abbastanza eloquente.

Che cosa sta succedendo? Vediamolo insieme.

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Il gruppo danese

Il 9 agosto 2016, qualche mese dopo l’annuncio della scoperta di LIGO, gli scienziati dell’Istituto Niels Bohr di Copenaghen in Danimarca, precisamente Pavel Naselsky, Andrew D. Jackson e Hao Liu pubblicarono un articolo in cui analizzarono di nuovo il segnale delle onde gravitazionali 14 settembre 2015 (chiamato GW150914). Lo fecero perché LIGO aveva già reso pubblici e disponibili i dati.

Quali furono le conclusioni di questo gruppo di scienziati? Ecco, ci fu una buona notizia e un problema: i tre scienziati, con la loro analisi, riprodussero senza ambiguità il segnale di GW150914, ma mostranono qualche perplessità con altri segnali.

Nel 2017 il gruppo danese si allargò: James Creswell, Sebastian von Hausegger, Andrew D. Jackson, Hao Liu e Pavel Naselsky pubblicarono un altro articolo in cui si metteva in dubbio il risultato ottenuto da LIGO.

LIGO è composto da due osservatori, uno a Hanford e uno a Livingston, entrambi negli USA. Quando un’onda gravitazionale raggiunge la Terra, il segnale raggiunge i due osservatori in tempi diversi, con un ritardo di qualche millisecondo. Ciò che viene fuori è che i due segnali misurati a Hanford e Livingston sono correlati, in quanto si tratta dell’osservazione di uno stesso fenomeno.

Tuttavia ogni strumento di osservazione, e quindi anche LIGO, presenta quello che si chiama rumore di misura. Cioè, i dati non sono sempre puliti, ma vanno analizzati cercando di rimuovere, per quanto possibili, eventuali contaminazioni da fenomeni esterni non collegati al fenomeno fisico che si vuole osservare.

LIGO, per esempio, è un interferometro: è composto da due bracci lunghi 4 km in cui passa un laser. Ogni minima vibrazione esterna genera rumore: un treno, un po’ di traffico, qualsiasi cosa.

Per farvi capire, guardate il grafico qui sotto tratto dall’articolo del 2017 del gruppo danese.

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Tratto da questo articolo

I dati in nero sono i dati raccolti da LIGO Hanford, i dati in rosso quelli raccolti da LIGO Livingston. I dati in alto e in basso, molto zig-zagati, sono i dati raccolti dai due LIGO senza effettuare alcuna pulizia dal rumore.

I dati al centro, invece, sono i dati puliti. Avete visto che roba? I dati puliti sono molto meno intensi dei dati effettivamente misurati: l’operazione di pulizia dal rumore è di importanza cruciale.

Ora, come abbiamo detto prima, i segnali osservati da Hanford e Livingston possono essere correlati perché sono osservazioni delle stesse onde gravitazionali. I rumori, quelli no, non dovrebbero essere correlati tra i due osservatori di Hanford e Livingston.

Il gruppo danese invece sembra aver trovato i rumori correlati. Come è possibile ciò? Ci sono problemi con le onde gravitazionali osservate da LIGO?

Le risposte di LIGO

Ovviamente gli scienziati di LIGO hanno risposto a questi due articoli del gruppo danese.

Trovate alcune risposte datate 2017 su questo articolo su MEDIA INAF e in questo post di Ian Harry (membro di LIGO) pubblicato sul blog di Sean Carroll. Anche Sabine Hossenfelder, sempre nel 2017, scrisse qualcosa a riguardo su Forbes in un articolo sul blog Starts with a Bang.

L’idea principale era, ed è, quella che il gruppo danese abbia commesso un errore nell’analisi nei dati di LIGO.

Ma fino a qui eravamo fermi al 2017. Adesso, NewScientist ha rincarato la dose con questo articolo del 31 ottobre 2018: gli scienziati di LIGO hanno sentito la necessità di dare una risposta ufficiale il giorno dopo, il 1 novembre 2018. Questa risposta qui.

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Fonte : www.ligo.org

Insomma, LIGO conferma la piena fiducia ai propri metodi di analisi e annuncia che sta preparando un nuovo articolo scientifico dove dovrebbe presentare nuovi dettagli sull’analisi del rumore dei due osservatori di Hanford e LIvingston.

Hype esagerato?

Alla fine, è solo successo ciò che doveva accadere: dopo una grande scoperta scientifica, dopo un primo periodo di analisi dati esclusivo da parte di LIGO, i dati sono stati resi pubblici alla portata di tutti. In questo modo, anche gli altri scienziati hanno provato a riprodurre i risultati in maniera indipendente. Si tratta di una cosa normalissima in scienza: è proprio l’essenza del metodo scientifico.

I dati pubblici di LIGO li potete trovare e scaricare sul sito del Gravitational Wave Open Science Center.

Ora, però un’altra cosa abbastanza normale è successa: le analisi indipendenti hanno mostrato dei problemi, delle discrepanze. A volte questa cosa succede quando si hanno misurazioni diverse, dati raccolti in modo differente (per esempio, nel caso della costante di Hubble); in questo caso invece il cuore della faccenda è la riproducibilità dell’analisi dei dati.

In pratica, LIGO ha messo a disposizione dati e metodi: è possibile riprodurre in modo indipendente l’osservazione delle onde gravitazionali?

Se ci pensate, questa cosa è importante: un gruppo di scienziati scrive un articolo scientifico in cui spiega come ha ottenuto dei risultati. Bene, il motivo per cui si scrivono gli articoli è proprio questo: permettere ad altri di fare le stesse analisi.

Voi direte, ma a che serve? Serve, serve. Perché se c’è stato magari un errore durante l’analisi, qualcuno può scovarlo mentre ripete la procedura.

L’hype generato dall’articolo e dalla copertina  su NewScientist non deve però trarre in inganno: il gruppo danese è una minoranza. Ciò non vuol dire che la voce del gruppo danese non debba essere ascoltata, ma non vuole neanche dire che adesso dobbiamo revocare il premio Nobel già assegnato. In fondo, anche Virgo, l’osservatorio situato in Italia, ha misurato le onde gravitazionali insieme a LIGO. Ovvero, un’altra misura indipendente c’è già stata, in realtà.

Una scienza aperta più che mai

Tuttavia, tornando alla diatriba tra LIGO e il gruppo danese, il punto essenziale della questione è un altro.

Se un gruppo indipendente di scienziati ottiene risultati diversi da quelli ottenuti dal gruppo principale allora qualcosa bisogna fare. Per esempio, nel caso delle onde gravitazionali, bisognerebbe capire dove sbaglia il gruppo danese (ammesso stia sbagliando, come sembra sia).

Sono d’accordo con Sabine Hossenfalder, con quanto afferma nel suo ultimo post sul blog Backreaction: probabilmente LIGO dovrebbe fare uno sforzo in più per aiutare il gruppo danese a capire dov’è il problema (se c’è) nella loro analisi.

Ma quale potrebbe essere questo sforzo? Come suggerisce l’astrofisico Peter Coles sul suo blog, gli scienziati, oltre a rendere pubblici i dati, dovrebbero rendere accessibili anche i software, i codici, i programmi con cui analizzare quei dati. E non solo: il problema è che i software e i codici sono complicati. Non è facile per persone esterne a una collaborazione usare questi codici per le analisi.

Chi vuole provare a riprodurre i risultati di una ricerca deve essere messo in condizione di farlo.

La scienza è quell’invenzione umana che ci ha fatto fare grandi salti in avanti, grazie a cui stiamo pian piano cercando di capire dove siamo in questo universo e come funzionano le cose. Ma la scienza, proprio perché umana, è fatta da esseri umani. Come tutte le cose che inventiamo, entrano in gioco interessi e competizione: il rischio di trasformare tutto in un enorme pasticcio macchinoso è sempre dietro l’angolo.

Per questo è importante la massima trasparenza. Vedremo come finirà la questione di LIGO e il gruppo danese. Se dovessi scommettere un euro, scommetterei sul fatto che il gruppo danese non abbia avuto tutti i mezzi necessari per riprodurre esattamente l’analisi di LIGO. Vedremo nei prossimi mesi come finirà.

Anche perché poi, aggiungo, la diatriba tra LIGO e il gruppo danese va ormai avanti da due anni: se dovesse venire fuori che tutto questo ping-pong di articoli sia stato causato solo da una scarsa chiarezza nella condivisione di dati e software, beh, sarebbe quasi una sconfitta per la scienza.

Ci toccherebbe ripensare un po’ a tutto il nostro modo in cui facciamo scienza, e soprattutto dovremmo porci delle domande. Per esempio: come fare in modo che le persone si fidino della scienza, se gli scienziati non riescono a fidarsi tra loro a causa dell’enorme competizione che esiste?

Forse questo è il problema più serio che la scienza dei big data deve affrontare nei prossimi anni.