Чтобы регистрировать слияния сверхмассивных черных дыр, нужны детекторы большого размера, поскольку длина гравитационных волн в этом случае крайне велика (она соответствует суммарному размеру сливающихся объектов). Для этого разрабатываются проекты космических лазерных интерферометров. В общих чертах идея метода регистрации похожа на используемые в установках LIGO и Virgo, но теперь интерферометр имеет размеры в миллионы километров и вращается вокруг Солнца. Интерференция лазерных лучей позволяет измерить изменение расстояния между тремя космическими аппаратами (одиночный прототип такого аппарата, европейский спутник LISA Pathfinder, в конце 2015 г. был успешно выведен на орбиту для отработки и проверки некоторых технологий). Такой проект одобрен Европейским космическим агентством, запуск его предварительно назначен на 2034 г.
Гравитационные волны были открыты осенью 2015 г., когда на установках LIGO обнаружили первые слияния черных дыр.
Для косвенной регистрации гравитационных волн от сверхмассивных черных дыр был разработан косвенный астрофизический метод, предложенный в 1978 г. Михаилом Сажиным. Этот метод основан на мониторинге нескольких радиопульсаров: если гравитационная волна проходит в месте наблюдения, то сразу для всех наблюдаемых пульсаров будет зарегистрировано отклонение во времени прихода импульсов (которое в случае миллисекундных радиопульсаров измеряется с точностью, сравнимой с точностью лучших атомных часов). Сейчас существуют три проекта по поиску таких сбоев: европейский EPTA (European Pulsar Timing Array, Европейский проект по наблюдению массива [миллисекундных] пульсаров), австралийский PPTA (Parkes Pulsar Timing Array, Проект по наблюдению массива [миллисекундных] пульсаров с помощью радиотелескопа Паркс) и американский NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves, Североамериканская наногерцевая обсерватория для обнаружения гравитационных волн). Ввод в эксплуатацию новых крупных радиотелескопов (FAST, SKA) позволит сделать этот метод еще более точным и эффективным.
Для регистрации гравитационных волн от пар сверхмассивных черных дыр, а также космологических гравитационных волн используются косвенные астрофизические методы.
Второй косвенный метод, предложенный в 1990 г. Владимиром Брагинским и его коллегами, связан с высокоточными астрометрическими наблюдениями большого числа звезд. При прохождении через наблюдателя гравитационной волны (речь идет о периодах от недель до месяцев, т. е. источниками таких волн должны быть в основном сверхмассивные черные дыры, как и в случае мониторинга пульсаров) измеряемые положения звезд на небе будут определенным образом изменяться на крайне небольшую величину. Современный анализ показывает, что полных данных космического телескопа Gaia может быть достаточно для обнаружения сигнала.