Ondes gravitationnelles. Comment interpréter la phrase de Futura ?

[Daniel1958]

Bonjour
Je ne souhaitais pas poster mais une phrase dans un article de Futura Sciences du 03/08/2022 m'a franchement étonnée.

Cf article

SCIENCES
Ces deux trous noirs n’avaient rien à faire ensemble et pourtant ils ont fusionné !

RAS

Mais

Ils reconnaissent aussi que sur les dix nouvelles collisions qu'ils ont identifiées « en abaissant la barre analytique des données », trois pourraient se révéler n'être finalement qu'illusion. Reste à espérer que cette étrange collision n'en fasse pas partie...

Est à dire que trois collisions ne concernaient pas cette "nouvelle forme" de coalescence ou bien cela pourrait être éventuellement du "bruit" rien du tout. La seconde hypothèse est plus sombre.
Comment doit -on l'interpréter pour ne pas faire de contresens ?
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[Archi3]

le sens est vraiment que ce pourrait être du bruit, donc rien du tout. Tout signal peut être en théorie arriver par hasard avec du bruit, mais plus il en est loin, moins c'est probable. L'écart avec le bruit se quantifie par un "nombre de sigmas". Plus il est élevé, moins c'est probable que ce soit du bruit, et donc plus l'existence du signal est fiable. Maintenant on est obligé de se fixer un seuil en dessous duquel on rejette le signal comme "pas assez significatif". Mais il y a toujours la question de fixer précisément ce seuil : trop haut, on risque d'éliminer des "vrais" signaux faibles, et trop bas, on risque de garder des faux signaux. Il n'y a malheureusement pas de méthode de "tout garder avec certitude", c'est une histoire de compromis.

[Daniel1958]

Merci c'est clair

Je croyais qu'ils avaient les algorithmes pour ça. Je comprends bien la démarche "qualitative" du signal. Mais le bruit ne devrait pas resister à l'analyse finale ? Après je le comprends pour du bruit extragalactique. Le bruit résiduel lié à l'activité humaine et ou géologique doit être identifié et modélisé depuis des lustres. Ce qui n'est pas précisé c'est ci les trois (ou quatre ?) détecteurs sont concernés en même temps. Donc on peut peut-être en conclure qu'il y a pas mal de rejets.

[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonjour

Je croyais qu'ils avaient les algorithmes pour ça. Je comprends bien la démarche "qualitative" du signal. Mais le bruit ne devrait pas resister à l'analyse finale ?

Quand un signal est trop bruité, il ne peut y avoir de miracle: vous pouvez utiliser n'importe quel algorithme ou analyse mathématique, il n'y aura rien à faire.

Après je le comprends pour du bruit extragalactique. Le bruit résiduel lié à l'activité humaine et ou géologique doit être identifié et modélisé depuis des lustres.

Ce type de bruit est extrêmement difficile à modéliser. Habituellement, on utilise de senseurs externes pour pouvoir mesurer et soustraire ce type de bruit.

Quelques infos ici: https://iopscience.iop.org/article/1...5e#cqgab685es7 et https://dcc.ligo.org/public/0117/P15...gersThesis.pdf

[A voir en vidéo sur Futura]

[Daniel1958]

Merci

Bon on part du principe que l'on rejette peut-être plus de signaux. Il vaut mieux être très sélectif ''qui trop embrasse mal étreint''
Mais espère que les signaux acceptés et validés correspondent bien à des coalescences d'objets hyperdenses pas à du bruit.

[Lansberg]

Bonsoir,

Mais espère que les signaux acceptés et validés correspondent bien à des coalescences d'objets hyperdenses pas à du bruit.

Les événements identifiés sont annoncés avec une probabilité : https://gracedb.ligo.org/superevents/public/O3/ (campagne Ligo/Virgo de 2020).
BBH = système binaire de trous noirs
NSBH = étoile à neutrons / trou noir
BNS = système binaire d'étoiles à neutrons.
Masse gap = astre compact trop massif pour une étoile à neutrons et pas assez pour un trou noir !
L'origine "terrestre" du signal est parfois significatif.

[Daniel1958]

Super document

Je vois

Masse gap = astre compact trop massif pour une étoile à neutrons et pas assez pour un trou noir !

non retracted Cela signifie que le signal n'est pas rejeté.

L'origine "terrestre" du signal est parfois significatif.

là aussi étonné car ils peuvent être conservés ?

Donc on peut penser qu'ils ont certains signaux plus ou moins identifiés

NSBH (68%), Terrestrial (32%)

pas rejetés mais sans analyse ultérieure

Merci

[Lansberg]

Donc on peut penser qu'ils ont certains signaux plus ou moins identifiés pas rejetés mais sans analyse ultérieure

Une fois la fusion réalisée il n'y a plus de signaux en provenance de la région concernée.
D'autre part la localisation de l'événement par Ligo/Virgo est imprécise et concerne une région du ciel plus ou moins vaste. Dans le cas de la fusion d'étoiles à neutrons il peut y avoir un phénomène de kilonova qui ressemble à une supernova mais dont la luminosité diminue très vite (3 jours environ). Cette signature électromagnétique permet la localisation de l'événement et une communauté d'amateurs astro volontaires (projet GrandMa), qui doit être très réactive, est sollicitée pour tenter d'identifier l'éventuel objet en sondant la région du ciel indiquée par l'équipe Ligo/Virgo.

[Daniel1958]

Merci

Donc il y a une complémentarité avec les amateurs. Finalement je me demande si "GrandMa" n'est pas systématiquement sollicitée (étoiles à neutrons ou trous noir) car je vois "Gaia Photometric Alerts transient candidate" pour un BBH (= système binaire de trous noirs)
Je n'avais pas vu l'analyse commentée (ce n'est pas de mon niveau sauf quelques mots) de chaque signal.
En fait ils sont inondés de signaux. Mais comme se passera l'analyse avec une meilleure sensibilité et une explosion des signaux. Peut-être est-ce un domaine où une IA pourra aider (ou peut déjà) dans l'expertise et le tri.

[JPL]

Il est évident qu’en raison de leur sensibilité les interféromètres Ligo et Virgo enregistrent du bruit en continu. Les signaux bruts des ondes gravitationnelles sont donc très bruités. On connaît par des calculs de RG les profils théoriques de ces ondes en fonction des divers paramètres de masses et de temps. Si j’ai bien compris, dès qu’on voit un profil mesuré qui sort de l’ordinaire on teste le meilleur profil théorique qui pourrait être compatible avec le signal et on le retient si ce profil est compatible avec un degré de probabilité suffisant. Je suppose que cette analyse est faite informatiquement, et que cela doit nécessiter des algorithmes complexes d’approximations successives et pas mal de temps de calcul afin de trouver le meilleur couple de masses compatible avec les mesures.

Ceci étant dit je cite de mémoire un unique article que j’avais lu au moment de la première détection historique. La fiabilité de mon message est donc très fortement dépendante de celle de ma mémoire… et de ma compréhension des explications succinctes que j’avais lues. Tout avis plus pertinent que le mien sera donc bienvenu !

[Daniel1958]

Alors je ne sais pas vraiment mais le document de Lansberg : https://gracedb.ligo.org/superevents/public/O3/ (campagne Ligo/Virgo de 2020) fait ressortir cette analyse statistique informatisée. Mais on y voit des rajouts et des analyses commentées forcément humaines.

Doc rare (même très rare)

[JPL]

Mais on y voit des rajouts et des analyses commentées forcément humaines.

Et ça t’étonne ? La science n’est pas faite par les machines ni par les ordinateurs. Ces outils ont pour unique fonction de fournir des données aux chercheurs, mais ce sont eux qui réfléchissent. L’identification des signaux des ondes gravitationnelles a été rendue possible par les travaux théoriques qui les ont précédées, par exemple en France par Thibault Damour. Sans ces travaux théoriques antérieurs les expérimentateurs n’auraient pas su quoi chercher dans leurs enregistrements.

[Daniel1958]

Et Einstein aussi avait sa formule. Non je ne suis pas vraiment étonné en fait tout reste "en final" à la main de l'homme. On peut voir qu'il y a plusieurs signataires. Mais…peut-être est-ce un domaine où une IA (en System expert) pourra aider (ou peut déjà) dans l'expertise et le tri avec l'explosion des données (qui ne pourra que s'accroitre avec l'amélioration permanente de la sensibilité). Je crois que c'est le cas au LHC pour le tri (gigantesque au risque de perdre des perles)

Cela dit pour les rejets >>> c'est peut-être fait automatiquement.

[mtheory]

Mais…peut-être est-ce un domaine où une IA (en System expert) pourra aider (ou peut déjà) dans l'expertise et le tri avec l'explosion des données (qui ne pourra que s'accroitre avec l'amélioration permanente de la sensibilité).

C'est effectivement en développement depuis des années https://www.aei.mpg.de/844132/machin...f-the-universe

[Daniel1958]

Merci

C'est effectivement un domaine ou à mon avis cela est possible car de nombreuses corrélations sont possibles et l'objet des études est quand même spécifique. Les biais sont "connus".

[Lansberg]

Finalement je me demande si "GrandMa" n'est pas systématiquement sollicitée (étoiles à neutrons ou trous noir)

C'est ce qui est en développement actuellement, mais pour les fusions d'étoiles à neutrons susceptibles de produire une kilonova et donc une émission lumineuse suffisamment intense pour être détectée par des amateurs.
L'idée repose sur l'élaboration d'un programme en python qui permet l'envoi d'alertes "ondes gravitationnelles" à destination des amateurs avec pour chacun une portion de ciel dédiée à imager (pour éviter les doublons).

[Archi3]

Merci

C'est effectivement un domaine ou à mon avis cela est possible car de nombreuses corrélations sont possibles et l'objet des études est quand même spécifique. Les biais sont "connus".

il y a plusieurs problèmes différents à résoudre conjointement :
* concevoir un instrument avec le moins de bruit instrumental possible. Ça a pris des décennies avec plein de prouesses techniques pour réduire au maximum toutes les causes de bruit, sismique en particulier
* trouver la meilleure manière de caractériser le signal dans ce bruit. Là aussi, il y a eu des travaux théoriques considérables pour trouver une bonne manière de reconnaître un signal de manière la plus efficace possible, et les détections actuelles n'auraient pas été possibles sans ces travaux.
* arriver à traiter la masse de données dans un temps raisonnable (en particulier pour permettre la recherche rapide de contreparties électromagnétiques). Là on est plutôt dans l'équipement informatique de masse et l'optimisation des algorithmes.

Et même avec tout ça, il restera toujours un compromis à choisir entre fiabilité et sensibilité. Il faudra toujours se donner un seuil (forcément un peu arbitraire) au-dessous duquel on rejette la détection comme pas assez significative, et au dessus duquel on la garde. Sachant qu'il y aura toujours des faux positifs et des faux négatifs, c'est inévitable. C'est affaire de compromis de savoir ce qu'on privilégie.

Mais ça peut dépendre de ce que tu cherches; Si on est dans une configuration où on commence à avoir pas mal de statistiques, et plutot que les évènements individuels, on cherche à estimer par exemple le taux de fusion en fonction de la masse des binaires, on pourra accepter d'avoir une fraction connue de faux positifs et de privilégier le nombre , donc avec un seuil assez bas. Si on sait estimer à peu près le taux de fausses détections, on pourra le corriger après. On ne saura pas quels évènements sont bons ou pas, mais globalement sur le nombre on sera à peu près ok.

Si on s'intéresse à la typologie en cherchant des événements rares mais "atypiques", là il faudra etre bien plus prudent, parce que raisonner sur quelques évènements atypiques faibles, ça peut être dangereux - si ils sont atypiques c'est peut etre justement que ce ne sont pas des vrais évènements !

donc un jugement humain reste indispensable pour discuter de ce qu'on garde ou pas et de sa significativité.

[pm42]

Et même avec tout ça, il restera toujours un compromis à choisir entre fiabilité et sensibilité. Il faudra toujours se donner un seuil (forcément un peu arbitraire) au-dessous duquel on rejette la détection comme pas assez significative, et au dessus duquel on la garde. Sachant qu'il y aura toujours des faux positifs et des faux négatifs, c'est inévitable. C'est affaire de compromis de savoir ce qu'on privilégie.

En plus de cette excellente explication, on peut ajouter à cet extrait que c'est vrai dans tous les domaines où on a à traiter un signal, en médecine, ingénierie, IA et j'en passe.

[Archi3]

Absolument, ce n'est pas propre aux OG, dans le domaine du diagnostic médical on est aussi typiquement dans cette problématique (avec en plus le problème que les signaux peuvent être réels mais pas forcément correspondre à une pathologie grave - alors que dans le cas des OG si le signal est réel, bien sûr il ne peut correspondre qu'aux évènements de fusion d'objets compacts).

[Daniel1958]

Bonjour

Je comprends le fond du problème. Tu l'as bien (très bien) expliqué je connais aussi l'histoire de l'IA d'IBM qui traitait des cancers spécifiques mieux que les spécialistes. Mais elle s'est emmêlé les pinceaux au point de donner des traitements mortels. Watson je crois

Mais Là (comme au LHC) les volumes devraient être énormes. Comment faire il va falloir multiplier les équipes. Tiens, il va y avoir peut-être des jobs à Pise. Ou alors resserrer les normes mais il va y avoir de la perte.

[Daniel1958]

Lansberg

C'est ce qui est en développement actuellement, mais pour les fusions d'étoiles à neutrons susceptibles de produire une kilonova et donc une émission lumineuse suffisamment intense pour être détectée par des amateurs.
L'idée repose sur l'élaboration d'un programme en python qui permet l'envoi d'alertes "ondes gravitationnelles" à destination des amateurs avec pour chacun une portion de ciel dédiée à imager (pour éviter les doublons).

Toujours excellent et instructif

Y-a-t-il des francais car la météo est quand même un impondérable ?

[Lansberg]

Oui, bien sûr. Le projet est d'ailleurs français et ouvert aux amateurs du monde entier.