合併星系中心的超大質量黑洞的凝聚使宇宙充滿了低頻引力波。天文學家一直在通過使用大型射電望遠鏡尋找這些波，以尋找這些時空漣漪對我們銀河系內的脈衝星所發出的無線電波的微妙影響。現在，一個國際科學家小組表明，美國宇航局的費米伽馬射線太空望遠鏡收集的高能光也可以用於搜索。使用伽馬射線而不是無線電波可以獲得更清晰的脈衝星視野，並為探測引力波提供了一種獨立和互補的方式。
費米望遠鏡在地球上空500公里處運行，主要收集來自毫秒脈衝星的伽馬射線。當這些高能光子穿越銀河系時，它們遇到了由在合併星系中心凝聚的一對超大質量黑洞產生的低頻引力波的海洋。波長超過100萬億公里的時空漣漪導致每個光子比預期的時間稍早或稍晚到達。監測來自許多這些毫秒級脈衝星的伽馬射線–一個被稱為脈衝星計時陣列的實驗–可以揭示出這種提示性的特徵。脈衝星計時陣列以前只使用敏感的射電望遠鏡。現在，來自費米的數據使基於伽馬射線的脈衝星計時陣列成為可能，並對這些引力波提供了一個新的、清晰的視角。
包括來自德國波恩馬克斯-普朗克射電天文研究所的Aditya Parthasarathy和Michael Kramer在內的一個國際科學家團隊的發現最近發表在《科學》雜誌上。
在大多數星系–像我們自己的銀河系那樣由數千億顆恆星組成的集合體–的核心是一個超大質量的黑洞。銀河系因其巨大的引力而相互吸引，當它們合併時，它們的黑洞就會下沉到新的中心。當黑洞向內旋轉和凝聚時，它們會產生長長的引力波，在波峰之間延伸出數百萬億公里。宇宙中充滿了這種合併的超大質量黑洞，它們讓宇宙充滿了低頻時空波紋的“海洋”。
幾十年來，天文學家一直在通過觀察脈衝星的脈衝來尋找這些波，脈衝星是大質量恆星的密集殘留物。脈衝星以極有規律的方式旋轉，天文學家確切地知道什麼時候可以看到每個脈衝。然而，引力波的海洋微妙地改變了脈衝到達地球的時間，精確地監測天空中的許多脈衝星可以揭示其存在。
這個可視化圖顯示了兩個質量幾乎相等的黑洞（黑球）在螺旋式旋轉併合並時發出的引力波。黑洞附近的黃色結構說明了該地區時空的強曲率。橙色的波紋代表了由快速運行的質量引起的時空扭曲。這些扭曲擴散並減弱，最終成為引力波（紫色）。合併的時間尺度取決於黑洞的質量。
以前對這些電波的搜索只使用大型射電望遠鏡，這些望遠鏡收集和分析電波。但是現在，一個國際科學家小組在美國宇航局費米伽馬射線太空望遠鏡收集的十多年的數據中尋找這些微小的變化，他們的分析表明，只要再觀察幾年，就有可能檢測到這些波。
由科爾和位於德國波恩的馬克斯-普朗克射電天文研究所（MPIfR）的研究員阿迪塔-帕塔薩拉西共同領導的這項研究的結果發表在4月7日的《科學》雜誌上。
光有多種形式。低頻無線電波可以穿過一些物體，而高頻伽馬射線在遇到物質的時候會爆炸成高能粒子流。引力波的範圍也很廣，質量更大的物體往往會產生更長的波。
不可能建造一個足夠大的探測器來探測由合併的超大質量黑洞驅動的萬億公里的波，所以天文學家使用自然發生的探測器，稱為脈衝星計時陣列。這些是毫秒級脈衝星的集合體，它們在無線電波和伽馬射線中都很耀眼，而且每秒鐘旋轉數百次。就像燈塔一樣，這些輻射束在掠過地球時似乎有規律地跳動，當它們穿過引力波的海洋時，它們被印上了遙遠的大質量黑洞的微弱轟鳴聲。
脈衝星最初是用射電望遠鏡發現的，用射電望遠鏡進行的脈衝星計時陣列實驗已經運行了近20年。這些大盤子對引力波的影響提供了最靈敏的反應，但是星際效應使無線電數據的分析變得複雜。空間大部分是空的，但是在穿越脈衝星和地球之間的巨大距離時，無線電波仍然會遇到許多電子。與稜鏡彎曲可見光的方式類似，星際電子也會彎曲無線電波並改變它們的到達時間。高能伽馬射線不會受到這種影響，因此它們為脈衝星計時提供了一種補充性的獨立方法。
伽馬射線脈衝星計時陣列在費米號發射前沒有被設想過，它代表了感知引力波天體物理學的一個強大的新能力。用脈衝星探測引力波背景指日可待，但仍然很困難。一個獨立的方法在這裡通過費米意外地顯示出來，是一個好消息，既可以確認未來的發現，又可以證明它與射電實驗的協同作用。