Les cas réalistes pour l'étude de Mrk501

Le forme globale du spectre, utilisée par la suite, est donnée à la figure 12.13. Aucune raie superposée au continuum X n'étant détectée [183], l'essentiel du rayonnement de basse énergie doit être d'origine non-thermique. La correspondance avec une émission synchrotron produite par des électrons ultra-relativistes est aujourd'hui unanimement admise.
L'absence de "grande bosse UV" du disque est une propriété générale des BL Lacs. Il s'ensuit que soit le disque émet intrinsèquement très peu et seul le modèle SSC est réaliste, soit l'angle selon lequel on voit le jet est si faible que son émission synchrotron nous aveugle. Selon le modèle unifié des AGN, les BL Lacs (dont fait partie Mrk501) seraient de type FR 1 (cf partie I, chapitre 2), c'est-à-dire ayant un jet fortement collimaté pointant vers nous.
L'absence de bosse UV détectée et le faible angle d'ouverture du jet, ainsi supposés a priori, favorisent le modèle SSC. Cependant, le jet pouvant dominer l'émission éventuelle du disque, le modèle EC ne peut en aucun cas être radicalement exclu.
L'émission thermique du tore est supposée se trouver dans le domaine de l'infrarouge lointain, elle n'est donc pas une source efficace pour le modèle EC [168]. Les raies larges qui signent traditionnellement la présence de gaz irradié en rotation autour du trou noir central ne sont pas non plus observées [185].

Dans le cadre du modèle EC, cette absence de raies semble favoriser l'hypothèse des photons cible émis loin de la source par des nuages moléculaires irradiés par l'émission UV du disque d'accrétion ou l'émission thermique du milieu inter-nuages.
Il existe par ailleurs des indications de la présence de nuages proches de la ligne de visée. En effet, les mesures dans la gamme des X mous sont correctement reproduites si l'on suppose un spectre en loi de puissance avec une cassure et une densité surfacique d'hydrogène de 2.43 10$^{20}$ cm$^{-2}$ alors que la densité galactique n'est que de 1.73 10$^{20}$ cm$^{-2}$ dans la direction de Mrk501 [186]. Cette différence peut s'interpréter comme une signature de la présence de nuages extra-galactiques sur la ligne de visée.
Des observations effectuées avec le télescope spatial Hubble (HST) ont mis en évidence la présence de trois nuages Lyman$\alpha$ dans la direction de Mrk501. L'un d'entre eux semble situé au sein d'une zone "vide" [187]. Dans le scénario standard d'évolution des proto-galaxies, un tel nuage se serait récemment ($z<$0.5) disloqué par effet d'expansion de Hubble et aurait une densité moyenne 50 à 200 fois supérieure à celle du milieu inter-galactique. La vitesse d'un seul des nuages est connue, elle permet une estimation de sa position au quart de la distance à la source ($V$=3046 km.s$^{-1}$, soit $D\approx 40$ Mpc avec $H_0 \approx 65$ km.s$^{-1}$.Mpc$^{-1}$). Ces nuages sont assimilés à des sphères de 100 kpc de rayon: ils interagiraient avec toute la section du jet si on admet un angle d'ouverture de 5 degrés à une distance de 2 Mpc du trou noir central. Des nuages trop éloignés de la base du jet pourraient difficilement expliquer l'émission gamma, la densité d'électrons devenant insuffisante. Néanmoins deux des nuages observés sont à une distance indéterminée et il n'est pas totalement exclu qu'ils soient assez proches de Mrk501. Il est également intéressant de noter que la ligne de visée de Mrk421, autre BL Lac émetteur gamma intense [188], présente des caractéristiques très comparables.

En fait, la diffusion inverse-Compton a vraisemblablement toujours lieu sur les deux sources potentielles de photons cible - synchrotron et externe. Leur importance relative dépend de leur rapport de densité vue par les électrons du jet. La densité de photons synchrotron se déduit de cette émission, et doit se comparer à la densité de photons externes qui est reliée au facteur de collimation, à l'intensité de l'émission UV (émission thermique du disque d'accrétion) ainsi qu'à l'environnement du jet (présence de nuages moléculaires ou de plasma chaud).
Typiquement, l'hypothèse habituelle suppose une fréquence des photons cible externes de 10$^{15}$ Hz ($\approx$ 4 eV). Pour les calculs réalisés ici (cf sections ultérieures), les valeurs suivantes sont choisies: $\nu_E \approx 2.5\ 10^{15}$ Hz (raie Lyman$\alpha$) ou $\nu_E \approx 1.2\ 10^{17}$ Hz (plasma inter-nuages chaud).