黑洞驱动风的 Poynting-Robertson 效应

以超大质量黑洞（SMBHs）吸积盘抛出的风形式存在的电离等离子体层，在活动星系核（AGNs）中频繁被观测到。速度常超过 $0.1c$ 的风被称为超快外流（UFOs），并凭借其高功率可在 SMBH 与宿主星系的共同演化中起关键作用。为构建这些风性质的恰当模型，有必要考虑由其极高速度带来的狭义相对论修正。我们给出 Poynting-Robertson 效应（P-R 效应）的推导，并将其应用于 UFOs 动力学描述。P-R 效应是一种狭义相对论修正，它打破了运动粒子所辐射的各向同性，将辐射汇聚于运动方向。作为四动量守恒的结果，发射粒子受到阻力并减速。我们从一般洛伦兹变换出发，并假设在气体参考系中各向同性发射，给出了 P-R 效应所致阻力的推导。随后，我们推导出便于在未来模拟中实现该阻力的方程。最后，我们将其应用于一个玩具模型，其中气体粒子在引力、辐射压与 P-R 效应所致阻力的作用下径向运动。P-R 效应在决定风的速度剖面中扮演重要角色。对于从 $r_0=10r_s$（其中 $r_S$ 为史瓦西半径）启动的风，风达到的渐近速度比忽略该效应时小 $10$% 至 $24$%。这表明，在研究高速、光电离外流动力学时一般应将 P-R 效应纳入考虑。