Les grandes classes de modèles

Le nombre de modèles concernant l'émission de haute énergie dans les noyaux actifs de galaxie est considérable. Leur classification est délicate dans la mesure où les ramifications de chaque famille sont presque illimitées. Les grandes catégories sont ici discutées afin de contraindre, lorsque faire se peut, l'espace des paramètres de chacune d'elles à l'aide des récents résultats de l'expérience CAT.

Les propriété générales des AGN du point de vue de leur émission de haute énergie sont décrites en détail par Mannheim (1997) [10]. Les points essentiels et les notations utilisées ultérieurement sont les suivants:

• Deux idées fondamentales sur la structure des objets semblent acceptées par toutes les approches:
  • les AGN émetteurs gamma sont constitués d'un trou noir supermassif qui émet des particules en jets relativistes bipolaires le long du moment angulaire du disque d'accrétion interne
  • les photons de haute énergie trouvent leur origine au sein de ces jets.

• EGRET n'a observé de photons gamma qu'en provenance d'AGN avec jets, ce qui renforce le point précédent.

• Les jets sont une solution naturelle et élégante au problème de compacité: en leur absence, la profondeur optique d'un trou noir engendrant une accétion d'Eddington serait de l'ordre de $\tau_{\gamma \gamma}\approx 200$ (engendrant une atténuation du flux d'un facteur $e^{-200}$), ce qui est incompatible avec de nombreuses observations [92].

• En revanche, la nature de ces jets demeure largement inconnue. Ils peuvent être formés:
  • d'un vent d'électrons et de protons venant du disque d'accrétion interne
  • d'un vent d'électrons et de positons, conduit par le flux de Pointing, extrayant l'énergie rotationnelle du trou noir central [93].

• Dans le plasme des jets, les $(e^+,e^-)$ produisent des gammas par effets synchrotron ou Compton-inverse.

• Pour les protons, ces processus, ainsi que la production directe de pions, sont négligeables mais la photoproduction de pions secondaires et de paires sur les photons ambiants peut être importante. Les sections efficaces sont plus faibles mais les temps de refroidissement deviennent courts grâce à la grande inelasticité.

L'image du trou noir, de ses jets et de son disque d'accrétion est donc maintenant admise comme le "paradigme" de la représentation des AGN []. Le paragraphe suivant donne l'origine de la classification des différents modèles.

Le flux principal de particules relativistes peut être divisé en faisceau froid et faisceau chaud. Dans le premier cas, les particules ont une énergie cinétique nulle dans le référentiel comobile du flux principal. Les photons gamma de quelques TeV [95] observés requièrent alors des énergies de particules au moins égales à cette valeur. Dans le second cas, le flux principal peut n'être que faiblement relativiste pour reproduire les mouvements superluminiques et l'absence d'atténuation par création de paires. En revanche, les énergies dans le référentiel comobile sont ultra-relativistes. Il est important de noter, c'est une borne pour de nombreux modèles, que les mouvements des nuds radio suggèrent un facteur de Lorentz principal $\Gamma\approx10$ (à l'échelle de 0.1 parsec). Les faisceaux froids pourraient être générés par des champs électriques ordonnés proches de l'objet central [96] [97] ou des champs de dérive provenant d'ondes de choc [98]. Ils sont supposés se ralentir [99] [100] jusqu'à des facteurs de Lorentz principaux de l'ordre de 10 par pertes Compton [101] [102]. De telles descriptions sont notées ici CB-lep ou CB-had, selon la nature des particules. Les modèles de faisceaux chauds avec une seule zone d'émission dans le jet (un nodule), et des photons cibles externes pour l'effet Compton-inverse, notés EC, ont été étudiés dans le cas où le nodule est proche du noyau [99], à $10^2-10^3r_S$ ($r_S$ étant le rayon de Schwarzschild) ou plus éloigné, dans la zone de raies d'émission large [103], à $10^3-10^4r_S$. Dans la variante hadronique de cette idée [105] (E-PIC), les protons sont supposés être les particules primaires qui diffusent des photons externes. Dans les modèles auto-synchrotron-Compton [106] [107] [108], notés SSC les photons gamma trouvent leur origine dans le jet dominé par les photons synchrotron, c'est-à-dire probablement à des distances supérieures à $10^4r_S$. L'analogue hadronique [109] [110] (S-PIC) se fonde sur une cascade synchrotron initiée par un proton. Les modèles inhomogènes avec effet Compton-inverse [111] [112] [113] considèrent l'émission d'un flux de Pointing et d'un jet de paires près du noyau central.

Particules	Faisceau froid	Faisceau chaud externe	Faisceau chaud interne
électrons	CB-lep	EC	SSC
protons	CB-had	E-PIC	S-PIC

En se focalisant sur trois grands types de modèles, on peut résumer la situation ainsi:

• MODELES AUTO SYNCHRO COMPTON:
  • principe: les électrons produisant le rayonnement synchrotron diffusent ces mêmes photons par effet Compton inverse.
  • objets probablement concernés: BL Lac.
  • limitations: difficultés avec les très hautes énergies ($\approx$10 TeV).
• MODELES COMPTON EXTERNE:
  • principe: les photons externes au jet sont diffusés par effet Compton inverse par les électrons de haute énergie.
  • objets probablement concernés: FSRQ (entre autres).
  • limitations: difficultés avec les très hautes énergies et les amplitudes de corrélation.
• MODELES HADRONIQUES:
  • principe: les protons du jet perdent leur énergie par photoproduction de mésons. La désintégration de ces derniers induit des cascades initiées par effet synchrotron.
  • objets probablement concernés: différents types d'AGN.
  • limitations: difficultés avec les variabilités à courte échelle de temps et grande sensibilité au choix des paramètres.