LIGO的伪信号事件
当下正处在升级改造阶段的激光迈克尔孙干涉仪LIGO可谓是引力波探测器中的翘楚。虽然至今它尚未取得任何确切的探测结果，但是却被人寄与了最大的希望。前阵听到的一个讲座提到了这架探测器前些年作出了轰动一时的疑似探测，最后却被证明是个人造的伪信号，整个事件考证来颇有意思，在此一提。
正文开始之前首先必须要澄清的一点是，这里的伪信号并不是说LIGO小组造假，也绝非什么学术不端，所以千万不要因此给引力波的研究者抹黑。那么为什么会出现这样一个伪信号呢？这只是为了考验当前探测和分析技术的可靠性而故意为之，直到真相浮出水面之前，LIGO小组的大多数成员对信号是否系人造压根是毫不知情。
故事要追溯到2009年夏到2010年秋之间。当时美国的LIGO与欧洲的VIRGO和GEO 600探测器进行了联合观测和数据处理，目的是尝试寻找身居噪声水平之上的引力波信号。由于引力波探测的难度，谁也不能保证期间一定能够得到正面的结果。因此为了充分考察现有数据处理方法，在联测开始之前，小组即选择了若干成员，他们的任务是向数据中注入模拟信号，至于注入数量和时间则是对其他组员以及公众严格保密的。只有当数据处理全部进行完毕之后，模拟信号的具体信息才能够公开。
双致密星并合场景的艺术图。（图片提供：Discovery Channel）
2010年9月16日，LIGO的两架探测器都发现了一个极强的尖锐信号，彼此之间也符合得很好；VIRGO也发现了同一个信号，只是强度较低；灵敏度最差的GEO 600就一无所获了。这个信号的频率随时间推移迅速升高，形态与6000万到1.8亿光年外一对双致密星（可能是黑洞或中子星）的并合产物非常相似（升高的过程对应两星并合前迅速接近的阶段）。
根据发生时间，这一事件被暂时命名为GW 100916。由于信号大致来自大犬座方向，所以也被人称为“大狗”事件。虽然联测小组知道它很可能是秘密注入的模拟信号，但是本着不能放过任何机会的原则，还是将其通报给了南半球的各自动望远镜团队，如ROTSE-IIIa、Skymapper、TAROT、Zadko等等，连带还通知了雨燕卫星小组。这些仪器又统统转向作了观测，希望能够一睹可能的现象。至于各大媒体更是兴奋不已，毕竟如果能够得到证实，这当然是一个诺贝尔奖级别的重大发现，对物理学和天文学的深远影响也是不言自明的。
2010年9月16日LIGO接收到的信号，左为华盛顿州Hanford站的探测，右为路易斯安纳州Livingston站的探测。图中红色区域对应的信号强度最强。（图片提供：LIGO）
联测小组也开始了忙碌的分析工作。首先要排除的可能性是，这个得到了三架探测器同时探测的信号，是否属于背景起伏导致的巧合？结论是可能性不大，除非是我们赶上了7000年一遇的机会。仪器前所未知的本底效应呢？跨过半个地球将三架探测器联结起来的其他过程又如何？这些可能性也是毫不意外地被统统排除掉了。
其他仪器的后续观测也是零结果，没有看到任何新的瞬变源。这一点倒并不让人奇怪。首先如果并合的前身天体是黑洞，那么除了引力波之外压根就不会产生任何信号。就所见信号而言，由于其中的参数过多，可以用不同的模型来解释，并合双星的具体身份还是存在不同说法的。其次所有引力波探测器的定向能力都很差，信号来源的误差框都大于后续仪器的视场，单凭一个“大犬座”来指导观测也未免有些离谱。
接下来根据手头的数据，联测小组撰写了三篇论文来描述得到的结果以及可能的模型，称其可能是双黑洞并合的产物。同时探测委员会对小组结果进行了独立评审，认为信号的探测非常确切，可以公布。于是接下来的事情就是等待模拟信号注入信息的公开了。
2011年3月14日，在LIGO与VIRGO小组的联合会议上，一切水落石出。这个事件最终被证明是人为的伪信号，而非真正的引力波探测。于是众多学者与媒体人空欢喜一场，失望而归。但是对于联测小组来说，事情不止于此。
在信号性质之外，联合会议期间一并公布的还有它的具体参数。虽然注入信号的形态与探测结果吻合，但它既不是源自大犬座方向，前身星也不是一对黑洞（而是黑洞与中子星的组合）。若说探测方法有误，这形态一致就难以解释了。可是为何分析结果与注入信号的真身存在如此大的差异？
结果表明，问题出在注入时用到的老版本软件上。这套软件一来用的是有待替换的老式波形模型，二来注入期间的正负号错误导致信号出现天区的偏差。不过就算存在软件问题，信号探测的本身是明白无误的，分析过程中的其他步骤也都准确无误，考验的主要目的也就达到了。
图中的实线表示探测器本底，唯一的黑点对应期间注入的检验伪信号。（图片提供：Abadie et al. 2010a）
其实2010年的大狗事件并不是LIGO遭遇的第一次盲注信号考验。在2006年到2007年LIGO与VIRGO和GEO 600上一次联测期间，这样的情况就已经出现过了，只是那次事件似乎没有吸引什么公众的眼球。有了这样的经历，哪怕未来真正发现的引力波信号并非来自双致密星并合（因此有着与伪信号不同的形态和频率分布），各探测器小组想必也会因为这些锻炼而更加应付自如。
参考资料：
[1] LIGO-Virgo Blind Injection
[2] Gravitational Affairs: LIGO’s Little Black Box
[3] Abadie, J., et al., 2010a, Physical Review D, 81, 102001
[4] Abadie, J., et al., 2010b, Physical Review D, 82, 102001
