Gravitational slingshot in newtonian and post-newtonian approximation

Abstract

The Galactic center hosts a supermassive black hole Sgr A∗ surrounded by millions of stars. Observations of the nearby structure, known as IRS 13E, suggest the presence of a compact object - possibly a black hole - gravitationally binding the remnant core of a star cluster. The black hole's interactions with the surrounding stars could alter the region's dynamics, possibly leading to ejections of the bound stars or captures of unbound stars. Both processes are driven by energy exchange, which reflects on the orbit of the black hole. I analyzed interactions of stars with the binary as separate triples in both Newtonian and the post-Newtonian gravity. The results showed roughly 1 300 - 1 700 captures and 300 ejections of stars per million years, including about 40 hyper-velocity stars with velocities exceeding 400 km/s. Additionally, based on energy exchange, the results indicate a merger of the black holes within a few 10 Myr.

V Galaktickom centre sa nachádza supermasívna čierna diera Sgr A∗ , ktorá je obklo- pená miliónmi hviezd. Pozorovania neďalekej štruktúry, známej ako IRS 13E, naznačujú prítomnosť kompaktného objektu - možno čiernej diery - ktorý gravitačne viaže zvyšky hviezdokopy. Interakcie čiernej diery s okolitými hviezdami môžu ovplyvňovať dynamiku regiónu, čo môže viesť k vyvrhnutiu naviazaných hviezd alebo zachyteniu nenaviazaných hviezd. Oba procesy sú riadené výmenou energie, ktorá sa prejavuje na orbite čiernej diery. Analyzoval som dynamiku hviezd v systéme dvoch čiernych dier na úrovni troj- časticových interakcií v Newtonovskej a post-Newtonovskej gravitácii. Výsledky ukázali zhruba 1 300 - 1 700 záchytov a 300 vyvrhnutí hviezd za milión rokov, vrátane približne 40 vyvrhnutí s rýchlosťou presahujúcou 400 km/s. Výsledky naviac naznačujú, že na základe výmeny energie medzi časticami dôjde k splynutiu čiernych dier v priebehu niekoľkých desiatok miliónov rokov.