Små modelleringsfel kan ackumuleras snabbare än tidigare förväntat när fysiker kombinerar flera gravitationsvåghändelser (som kolliderande svarta hål) för att testa Albert Einsteins allmänna relativitetsteori, föreslår forskare vid University of Birmingham i Storbritannien. Resultaten, publicerad 16 juni i tidskriften iScience , föreslår att kataloger med så få som 10 till 30 händelser med ett signal-till-bakgrundsbrusförhållande på 20 (vilket är typiskt för händelser som används i den här typen av test) skulle kunna ge vilseledande avvikelser från den allmänna relativitetsteorien, felaktigt pekar på ny fysik där ingen existerar. Eftersom detta är nära storleken på nuvarande kataloger som används för att bedöma Einsteins teori, författarna drar slutsatsen att fysiker bör fortsätta med försiktighet när de utför sådana experiment.

"Att testa allmän relativitet med kataloger över gravitationsvåghändelser är ett mycket nytt forskningsområde, " säger Christopher J. Moore, en föreläsare vid School of Physics and Astronomy &Institute for Gravitational Wave Astronomy vid University of Birmingham i Storbritannien och huvudförfattare till studien. "Detta är en av de första studierna som tittar i detalj på vikten av teoretiska modellfel i denna nya typ av test. Även om det är välkänt att fel i teoretiska modeller måste behandlas noggrant när du försöker testa en teori, Vi blev förvånade över hur snabbt små modellfel kan ackumuleras när du börjar kombinera händelser i kataloger."

1916, Einstein publicerade sin allmänna relativitetsteori, som förklarar hur massiva himmelska föremål förvränger det sammankopplade tyget av rum och tid, resulterar i gravitation. Teorin förutspår att våldsamma incidenter i yttre rymden som svarta hålskollisioner stör rumtiden så allvarligt att de producerar krusningar som kallas gravitationsvågor, som zoomar genom rymden med ljusets hastighet. Instrument som LIGO och Jungfrun har nu upptäckt gravitationsvågsignaler från dussintals sammanslagna svarta hål, som forskare har använt för att sätta Einsteins teori på prov. Än så länge, det har alltid gått över. För att driva teorin ytterligare, fysiker testar det nu på kataloger över flera grupperade gravitationsvåghändelser.

"När jag blev intresserad av gravitationsvågforskning, en av huvudattraktionerna var möjligheten att göra nya och strängare tester av allmän relativitetsteori, " säger Riccardo Buscicchio, en doktorsexamen student vid School of Physics and Astronomy &Institute for Gravitational Wave Astronomy och medförfattare till studien. "Teorin är fantastisk och har redan klarat en enormt imponerande mängd andra tester. Men vi vet från andra områden inom fysiken att den inte kan vara helt korrekt. Att försöka hitta exakt var den misslyckas är en av de viktigaste frågorna inom fysiken ."

Dock, medan större gravitationsvågskataloger kan föra forskare närmare svaret inom en snar framtid, de förstärker också risken för fel. Eftersom vågformsmodeller oundvikligen involverar vissa approximationer, förenklingar, och modelleringsfel, modeller med en hög grad av noggrannhet för enskilda händelser kan visa sig missvisande när de tillämpas på stora kataloger.

För att avgöra hur vågformsfel växer när katalogstorleken ökar, Moore och kollegor använde förenklat, linjäriserade låtsaskataloger för att utföra ett stort antal testberäkningar, som involverade att rita signal-brus-förhållanden, missanpassning, och modellera felinriktningsvinklar för varje gravitationsvåghändelse. Forskarna fann att hastigheten med vilken modelleringsfel ackumuleras beror på huruvida modelleringsfel tenderar att vara genomsnittliga över många olika kataloghändelser, om avvikelser har samma värde för varje händelse, och fördelningen av vågformsmodelleringsfel över händelser.

"Nästa steg kommer att vara för oss att hitta sätt att rikta in dessa specifika fall med mer realistiska men också mer beräkningsmässigt dyra modeller, " säger Moore. "Om vi ​​någonsin ska ha förtroende för resultaten av sådana tester, Vi måste först ha en så bra förståelse som möjligt av felen i våra modeller. "