En ny studie av en grupp forskare vid University of Birmingham har funnit att kollisioner av supermassiva svarta hål kan observeras samtidigt i både gravitationsvågor och röntgenstrålar i början av nästa decennium.

European Space Agency (ESA) har nyligen meddelat att deras två stora rymdobservatorier på 2030-talet kommer att få sina uppskjutningar tidsinställda för samtidig användning. Dessa uppdrag, Athena, nästa generations röntgenrymdteleskop och LISA, det första rymdbaserade gravitationsvågsobservatoriet, kommer att samordnas för att börja observera inom ett år efter varandra och kommer sannolikt att ha minst fyra år av överlappande vetenskapsverksamhet.

Enligt den nya studien, publiceras i Natur astronomi ("Länka gravitationsvågor och röntgenfenomen med gemensamma LISA- och Athena-observationer"), ESA:s beslut kommer att ge astronomer en aldrig tidigare skådad möjlighet att producera kartor med flera budbärare över några av de mest våldsamma kosmiska händelserna i universum, som inte har observerats hittills och som ligger i hjärtat av långvariga mysterier kring universums utveckling.

De inkluderar kollisionen av supermassiva svarta hål i kärnan av galaxer i det avlägsna universum och "uppslukningen" av kompakta stjärnobjekt som neutronstjärnor och svarta hål av massiva svarta hål som finns i centrum av de flesta galaxer.

Gravitationsvågorna som mäts av LISA kommer att peka ut de krusningar av rymdtid som sammanslagningarna orsakar medan röntgenstrålar som observerats med Athena avslöjar de heta och mycket energiska fysiska processerna i den miljön. Att kombinera dessa två budbärare för att observera samma fenomen i dessa system skulle ge ett stort steg i vår förståelse av hur massiva svarta hål och galaxer samutvecklas, hur massiva svarta hål växer sin massa och antas, och gasens roll runt dessa svarta hål.

Det här är några av de stora obesvarade frågorna inom astrofysik som har förbryllat forskare i årtionden.

Dr Sean McGee, Lektor i astrofysik vid University of Birmingham och medlem av både Athena- och LISA-konsortiet, ledde studien. Han sa, "Utsikten till samtidiga observationer av dessa händelser är okänt territorium, och kan leda till enorma framsteg. Detta lovar att bli en revolution i vår förståelse av supermassiva svarta hål och hur de växer inom galaxer."

Professor Alberto Vecchio, Direktör för Institutet för gravitationsvågastronomi, University of Birmingham, och en medförfattare till studien, sa:"Jag har arbetat på LISA i tjugo år och möjligheten att kombinera krafter med de mest kraftfulla röntgenögon som någonsin designats för att se mitt i galaxerna lovar att göra denna långa sträcka ännu mer givande. Det är svårt att förutsäga exakt vad vi kommer att upptäcka:vi borde bara spänna fast, för det kommer att bli en rejäl åktur”.

Under uppdragens livstid, det kan finnas så många som 10 sammanslagningar av svarta hål med massor av 100, 000 till 10, 000, 000 gånger solens massa som har signaler starka nog att observeras av båda observatorierna. Även om på grund av vår nuvarande brist på förståelse av fysiken som inträffar under dessa sammanslagningar och hur ofta de inträffar, observatorierna kunde observera många fler eller många färre av dessa händelser. Verkligen, det är frågor som kommer att besvaras av observationerna.

Dessutom, LISA kommer att upptäcka de tidiga stadierna av stjärnmassor av svarta håls sammanslagningar som kommer att avslutas med detektering i markbaserade gravitationsvågobservatorier. Denna tidiga upptäckt gör det möjligt för Athena att observera den binära platsen i det exakta ögonblicket som sammanslagningen kommer att ske.