In een nieuwe studie, onderzoekers hebben een innovatieve methode ontwikkeld om botsende superzware zwarte gaten te detecteren. De studie is zojuist gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift en werd geleid door postdoctoraal onderzoeker Xingjiang Zhu van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) aan de Monash University.

In het centrum van elk sterrenstelsel in het universum, er is een superzwaar zwart gat dat miljoenen tot miljarden keer de massa van de zon is. Grote sterrenstelsels zijn samengesteld uit kleinere sterrenstelsels die samensmelten, dus wordt verwacht dat botsingen van superzware zwarte gaten veel voorkomen in de kosmos. Maar samensmeltende superzware zwarte gaten blijven ongrijpbaar:tot nu toe is er geen sluitend bewijs voor hun bestaan ​​gevonden.

Een manier om naar deze fusies te zoeken, is door hun emissie van zwaartekrachtsgolven - rimpelingen in het weefsel van ruimte en tijd. Een ver samensmeltend paar superzware zwarte gaten zendt zwaartekrachtsgolven uit terwijl ze om elkaar heen draaien. Omdat de zwarte gaten zo groot zijn, elke golf doet er vele jaren over om de aarde te passeren. Astronomen hebben een techniek gebruikt die bekend staat als pulsar timing array om zwaartekrachtsgolven van superzware binaire zwarte gaten te observeren - tot nu toe zonder resultaat.

parallel, astronomen hebben gezocht naar de botsing van superzware zwarte gaten met licht. Een aantal kandidaat-bronnen is geïdentificeerd door te zoeken naar regelmatige fluctuaties in de helderheid van verre sterrenstelsels die quasars worden genoemd. Quasars zijn extreem helder, verondersteld te worden aangedreven door de opeenhoping van gaswolken op superzware zwarte gaten.

Als het centrum van een quasar twee zwarte gaten bevat die om elkaar heen draaien (in plaats van een enkel zwart gat), de orbitale beweging kan de accumulatie van de gaswolk veranderen en leiden tot periodieke variatie in helderheid. Honderden kandidaten zijn geïdentificeerd door middel van dergelijke zoekopdrachten, maar astronomen moeten het smoking-gun-signaal nog vinden.

"Als we een paar samensmeltende superzware zwarte gaten kunnen vinden, het zal ons niet alleen vertellen hoe sterrenstelsels zijn geëvolueerd, maar onthullen ook de verwachte sterkte van het zwaartekrachtsgolfsignaal voor pulsar-watchers, " zegt Zhu.

De OzGrav-studie probeert het debat te beslechten, bepalen of een van de geïdentificeerde quasars waarschijnlijk wordt aangedreven door botsende zwarte gaten. Het vonnis? Waarschijnlijk niet.

"We hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee we naar een periodiek signaal kunnen zoeken en tegelijkertijd quasar-ruiseigenschappen kunnen meten, " zegt Zhu. "Daarom, het zou een betrouwbare schatting moeten opleveren van de statistische significantie van het gedetecteerde signaal."

Door deze methode toe te passen op een van de meest prominente kandidaat-bronnen, genaamd PG1302-102, de onderzoekers vonden sterk bewijs voor periodieke variabiliteit; echter, ze voerden aan dat het onwaarschijnlijk is dat het signaal wordt veroorzaakt door een paar zwarte gaten op weg naar een botsing. In plaats daarvan, ze ontdekten dat het algemeen aangenomen model, het beschrijven van de fluctuaties in het licht van heet gas, heeft fouten.

"Onze resultaten laten zien dat quasars gecompliceerd zijn, " zegt medewerker en OzGrav hoofdonderzoeker Eric Thrane. "We zijn ervan overtuigd dat deze nieuwe methode ons zal helpen bij het zoeken naar superzware zwarte gatbotsingen door quasars beter te begrijpen en mogelijke signalen te onderscheiden."