Fyra nya upptäckter av gravitationsvågor har tillkännagivits vid Gravitational Waves Physics and Astronomy Workshop, vid University of Maryland i USA.

Detta bringar det totala antalet upptäckter till 11, sedan den första tillbaka 2015.

Tio är från sammanslagningar av binära svarta hål och en från sammanslagning av två neutronstjärnor, som är de täta resterna av stjärnexplosioner. En sammanslagning av svarta hål var extraordinärt avlägsen, och den kraftigaste explosionen som någonsin observerats inom astronomi.

De senaste nyheterna kommer bara en månad efter att tvivel väcktes om den första upptäckten. I slutet av oktober en artikel i New Scientist, rubriken Exklusivt:Allvarliga tvivel över LIGOs upptäckt av gravitationsvågor, väckte tanken att det "kan ha varit en illusion".

Så hur säkra är vi på att vi upptäcker gravitationsvågor, och inte ser en illusion?

Öppen för granskning

Alla bra vetenskapsmän förstår att granskning och skepsis är vetenskapens kraft. Alla teorier och all kunskap är provisoriska, när vetenskapen sakta inser vår bästa förståelse av sanningen. Det finns ingen säkerhet, endast sannolikhet och statistisk signifikans.

För flera år sedan, laget som söker efter gravitationsvågor med Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), fastställt nivåerna av statistisk signifikans som behövs för att göra ett påstående om upptäckt.

För varje signal bestämmer vi antalet falsklarm. Detta talar om för dig hur många år du skulle behöva vänta innan du har en jämn chans att en slumpmässig signal efterliknar din riktiga signal.

Den svagaste signalen hittills har en falsklarmfrekvens på ett vart femte år, så fortfarande finns det en chans att det kunde ha varit oavsiktligt.

Andra signaler är mycket starkare. För de tre starkaste signalerna som detekterats hittills måste du vänta från 1, 000 gånger till 10 miljarder miljarder gånger universums ålder för att signalerna ska uppstå av en slump.

Att veta vad man ska lyssna på

Detekteringen av gravitationsvågor är lite som akustisk ornitologi.

Föreställ dig att du studerar fåglar och vill bestämma populationen av fåglar i en skog. Du känner till de olika fågelarternas rop.

När ett fågelrop matchar ditt förutbestämda samtal, du hoppar av spänning. Dess ljudstyrka talar om hur långt bort det är. Om det var mycket svagt mot bakgrundsljudet, du kan vara osäker.

Men du måste tänka på lirfåglarna som efterliknar andra arter. Hur vet du att ljudet av en kookaburra faktiskt inte görs av en lirfågel? Du måste vara mycket rigorös innan du kan hävda att det finns en kookaburra i skogen. Även då kommer du bara att kunna vara säker om du gör ytterligare upptäckter.

I gravitationsvågor använder vi memorerade ljud som kallas mallar. Det finns ett unikt ljud för sammanslagning av varje möjlig kombination av svarta håls massor och spinn. Varje mall är utarbetad med hjälp av Einsteins teori om gravitationsvågemission.

I jakten på gravitationsvågor, vi letar efter dessa sällsynta ljud med två LIGO-detektorer i USA och en tredje detektor, Jungfrun, i Italien.

För att undvika att missa signaler eller göra anspråk på falska positiva, yttersta noggrannhet krävs för att analysera data. Enorma team ser över data, leta efter brister, kritisera varandra, granska datorkoder och slutligen granska föreslagna publikationer för noggrannhet. Separata team använder olika analysmetoder, och slutligen jämföra resultaten.

Därefter kommer reproducerbarhet – samma resultat registreras om och om igen. Reproducerbarhet är en kritisk komponent i vetenskapen.

Signalerna detekterade

Innan LIGO gjorde sitt första offentliga tillkännagivande om gravitationsvågor, ytterligare två signaler hade upptäckts, var och en av dem plockades upp i två detektorer. Detta ökade vårt självförtroende och berättade för oss att det finns en befolkning av kolliderande svarta hål där ute, inte bara en enskild händelse som kan vara något falskt.

Den första detekterade gravitationsvågen var häpnadsväckande hög och den matchade en förutbestämd mall. Det var så bra att LIGO ägnade många veckor åt att försöka ta reda på om det var möjligt att det var ett skämt, avsiktligt injicerat av en hacker.

Medan LIGO-forskare så småningom övertygade sig själva om att händelsen var verklig, ytterligare upptäckter ökade vårt förtroende avsevärt. I augusti 2017 upptäcktes en signal av de två LIGO-detektorerna och Virgo-detektorn i Italien.

Den 17 augusti förra året en helt annan, men länge förutsagd typ av signal observerades från ett sammansmältande par neutronstjärnor, åtföljd av den förutspådda explosionen av gammastrålar och ljus.

Det svarta hålet går samman

Nu har LIGO-Virgo-samarbetet slutfört analysen av all data sedan september 2015.

För varje signal bestämmer vi massan av de två kolliderande svarta hålen, massan av det nya svarta hålet som de skapar, och ganska ungefär, avståndet och riktningen.

Varje signal har setts i två eller tre detektorer nästan samtidigt (de var separerade med millisekunder).

Åtta av de 20 initiala svarta hålen har massor av mellan 30 och 40 solar, sex är på 20-talet, tre är i tonåren och bara två är så låga som 7 till 8 solar. Bara en är nära 50, det största svarta hålet som hittills setts före kollisionen.

Det här är siffrorna som hjälper oss att ta reda på var alla dessa svarta hål gjordes, hur de gjordes, och hur många finns där ute. För att svara på dessa stora frågor behöver vi många fler signaler.

Den svagaste av de nya signalerna, GW170729, upptäcktes den 29 juli, 2017. Det var kollisionen av ett svart hål 50 gånger solens massa, med ytterligare 34 gånger solens massa.

Detta var den absolut mest avlägsna händelsen, ha ägt rum, mest troligt, För 5 miljarder år sedan – före jordens och solsystemets födelse för 4,6 miljarder år sedan. Trots den svaga signalen, det var den kraftigaste gravitationsexplosionen som upptäcktes, än så länge.

Men eftersom signalen var svag, detta är detekteringen med en falsklarmfrekvens på ett vart femte år.

LIGO och Jungfrun förbättrar sin känslighet år för år, och kommer att hitta många fler evenemang.

Med planerade nya detektorer räknar vi med tio gånger mer känslighet. Sedan räknar vi med att upptäcka nya signaler ungefär var femte minut.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.