通过高阶引力波模式对黑洞反冲的完整测量

广义相对论预言引力波（GWs）携带线动量。因此，黑洞并合的遗迹黑洞可继承一个反冲速度或“踢出”，其对黑洞形成情景等具有关键意义。尽管踢出大小由源的质量比与自旋决定，估计其方向需要测量源的两个取向角。虽然轨道倾角在引力波观测中常被报道，其方位角的科学潜力迄今未被发掘。我们展示了多于一种 GW 辐射模式的存在如何使人约束该角度，进而约束真实 GW 事件的踢出方向。我们分析含有高阶模式的 GW190412 信号，采用黑洞并合的数值相对论代理波形模型。我们以 $\simeq 21$ 的贝叶斯因子（或 $\simeq 95\%$ 概率）排除低于致密球状星团典型逃逸速度 $v_{\text{esc}}\approx 50$\,km/s 的踢出大小。踢出与在并合前参考时间 $t_{\rm ref}=-100\,M$（ $M$ 为几何单位下的系统质量）定义的轨道角动量成 $\theta_{KL}^{-100M}=32^{+35}_{-14}\,\deg$ 角，与视线成 $\theta_{KN}=44^{+19}_{-17}\,\deg$ 角。踢出与视线在轨道平面上的投影成 $\phi_{KN}^{-100M}=69^{+33}_{-38}\,\deg$ 角。所有量均按 90\% 可信度给出。最后，通过分析数值模拟信号，我们表明使用 NRSur7dq4 波形模型可无偏估计反冲。我们简要讨论了此类测量在活动星系核中黑洞并合多信使观测中的潜在应用。