I en ny studie, forskare har utvecklat en innovativ metod för att upptäcka kolliderande supermassiva svarta hål. Studien har just publicerats i Astrofysisk tidskrift och leddes av postdoktorn Xingjiang Zhu från ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) vid Monash University.

I mitten av varje galax i universum, det finns ett supermassivt svart hål miljoner till miljarder gånger solens massa. Stora galaxer är sammansatta av mindre galaxer som smälter samman, så kollisioner av supermassiva svarta hål förväntas vara vanliga i kosmos. Men sammanslagna supermassiva svarta hål förblir svårfångade:inga avgörande bevis för deras existens har hittills hittats.

Ett sätt att leta efter dessa sammanslagningar är genom deras utsläpp av gravitationsvågor – krusningar i väven av rum och tid. Ett avlägset sammansmältande par supermassiva svarta hål avger gravitationsvågor när de spirar in runt varandra. Eftersom de svarta hålen är så stora, varje våg tar många år att passera förbi jorden. Astronomer har använt en teknik som kallas pulsar timing array för att observera gravitationsvågor från supermassiva binära svarta hål – hittills utan resultat.

Parallellt, astronomer har letat efter kollisionen av supermassiva svarta hål med ljus. Ett antal kandidatkällor har identifierats genom att leta efter regelbundna fluktuationer i ljusstyrkan hos avlägsna galaxer som kallas kvasarer. kvasarer är extremt ljusa, tros drivas av ackumulering av gasmoln på supermassiva svarta hål.

Om mitten av en kvasar innehåller två svarta hål som kretsar runt varandra (istället för ett enda svart hål), orbitalrörelsen kan förändra gasmolnets ackumulering och leda till periodisk variation i dess ljusstyrka. Hundratals kandidater har identifierats genom sådana sökningar, men astronomerna har ännu inte hittat den rökande pistolsignalen.

"Om vi ​​kan hitta ett par sammanslagna supermassiva svarta hål, det kommer inte bara att berätta för oss hur galaxer utvecklades, men också avslöja den förväntade gravitationsvågens signalstyrka för pulsarbevakare, säger Zhu.

OzGrav-studien försöker lösa debatten, avgöra om någon av de identifierade kvasarerna sannolikt kommer att drivas av kolliderande svarta hål. Domen? Antagligen inte.

"Vi har utvecklat en ny metod som gör att vi kan söka efter en periodisk signal och samtidigt mäta kvasarbrusegenskaper, " säger Zhu. "Därför, den bör producera en tillförlitlig uppskattning av den detekterade signalens statistiska signifikans."

Genom att tillämpa denna metod på en av de mest framstående kandidatkällorna, kallas PG1302-102, forskarna fann starka bevis för periodisk variabilitet; dock, de hävdade att signalen sannolikt inte kommer att orsakas av ett par svarta hål på väg till kollision. Istället, de fann att den allmänt antagna modellen, beskriver fluktuationerna i ljuset från het gas, är felaktig.

"Våra resultat visar att kvasarer är komplicerade, " säger samarbetspartnern och OzGravs chefsutredare Eric Thrane. "Vi är övertygade om att den här nya metoden kommer att hjälpa oss att söka efter supermassiva svarta hålskollisioner genom att bättre förstå kvasarer samt särskilja möjliga signaler."