نوسان‌هایی تقریباً تناوبی در منابع پرتوی ایكس كهكشان

روشن‌ترین چشمه‌های پرتو ایكس با آنكه بیش از بیست سال از كشف آن‌ها می‌گذرد، ولی از بسیاری جهات هنوز هم مرموزند. در سناریوی كلی قابل قبولی كه ستاره شناسان تدوین كرده‌اند یك ستاره همدم مقداری جرم به یك ستاره نوترونی (با در بعضی موارد به یك سیاه‌چاله) تخلیه می‌كند كه در نتیجه آن پرتوهای ایكس تولید می‌شوند. ولی در ورای این تصویر كلی هرگونه پیشرفتی مشكل بوده است زیرا ستاره نوترونی خود مستقیماً قابل مشاهده نیست و در پشت یك قرص برافزایشی پیچیده متلاطم، و احتمالاً مغناطیده، پنهان است. در یك سال و نیم گذشته چند گروه كشف كرده‌اند كه شدت پرتو ایكس چندین چشمه پرتو ایكس كهكشان كه توسط اگزوسات اروپایی اندازه‌گیری شده است، به طور نیمه منظم تغییر می‌كند. تحلیل مجدد داده‌هایی كه قبلاً توسط ماهواره اینشتین تهیه شده بود، این كشف را تأیید كرد. این پدیده ممكن است به صورت ابزار مشاهداتی ارزشمندی درآید كه به وسیله آن بتوان پیچیدگی‌های قرص‌های برافزایشی پیرامون ستاره‌های نوترونی را كاوش كرد.
گروه‌های فوق در پی یافتن گسیل پرتو ایكس تناوبی بودند كه در اثر دوران ستاره نوترونی تولید می‌شود؛ مشابه همان تپ‌های منظم و كاملاً مشخصی كه در تپ اختر دیده شده است. اگرچه چنین تپ‌هایی دیده نشدند، ولی با كشف نوسان‌ها شبه تناوبی (به اختصار QPO) در بسیاری از این چشمه‌ها، جستجوهای پیگیر این گروه‌ها به نتیجه رسید. اكنون ده QPOی شناخته شده وجود دارد. این QPOها به صورت قله پهنی در طیف توان ظاهر می‌شوند كه با قله تیزی كه در مورد یك ستاره نوترونی دوار انتظار می‌رود. كاملاً متفاوت است. اولین آشكارسازی QPO كه گزارش شد در چشمه روشن 1-5GX بود و چیزی نگذشت كه گزارش‌های مشابهی در مورد تعدادی چشمه‌های دیگر ارائه شد.
با كشف هر پدیده جدید، انگیزه تلاش برای تفسیر آن هم فوراً به وجود می‌آید. در مدل‌هایی كه تاكنون منتشر شده‌اند پیشنهاد شده است كه این نوسان‌ها ناشی از برهم‌كنشی است كه میان ستاره نوترونی (كه به سرعت می‌چرخد) و ماده واقع در قسمت داخلی قرص برافزایشی صورت می‌گیرد. موادی كه از یك ستاره به ستاره دیگر در یك منظومه دوتایی برهم‌كنش كننده فرو می‌ریزد قرصی در اطراف ستاره برافزاینده تشكیل می‌دهد، و هرچه در این قرص به ستاره برافزاینده نزدیك‌تر شویم سرعت مواد بیشتر می‌شود، دمای قرص زیاد‌تر می‌شود، و میدان مغناطیسی ستاره برافزاینده (اگر میدان داشته باشد) قوی‌تر می‌شود، و بدین ترتیب برهم‌كنش‌های پیچیده‌ای به وجود می‌آید.
بنابر تفسیر آلپاروشام تناوبی بودن QPO از اختلاف فركانس دوران ماده واقع در لبه داخلی قرص برافزایشی به دور ستاره نوترونی، با فركانس دوران ستاره نوترونی حول محور خودش – یعنی از تولید فركانس زنش – ناشی می‌شود. لمب، شیباژاكی، آلپار و شام در توضیح بعدی خود درباره این مدل، این ایده را مطرح كردند كه كلوخه‌های مواد در لبه داخلی قرص می‌توانند موجب شوند كه فركانس زنش قابل مشاهده شود. در این سناریو توده‌ای از گاز ضمن دوران به دور ستاره نوترونی به میدان‌های مغناطیسی مختلفی برخورد می‌كند كه از لحاظ شدت و شكل هندسی متفاوت‌اند. هربار كه این توده به طول جغرافیایی مشخصی، نسبت به ستاره نوترونی دوار، می‌رسد مواد از آن كنده می‌شود و ضمن سقوط به سطح ستاره نوترونی فوران شدید‌تری از پرتوهای ایكس را گسیل می‌كند.
این مدل می‌تواند رابطه‌ای میان فركانس نوسان‌های شبه تناوبی و شدت چشمه پرتو ایكس پیش‌بینی كند. در این چشمه‌ها آهنگ فروریزش مواد بر روی ستاره نوترونی متغیر است. به طور كلی، هرچه آهنگ برافزایش بیشتر باشد قرص متراكم‌تری ایجاد می‌شود كه تا هرچه نزدیك‌تر به سطح ستاره نوترونی گسترش می‌یابد، و در نتیجه پرتو ایكس بیشتری تولید می‌شود. برای اولین QPOی گزارش شده، یعنی برای 1-5GX نوسان‌های با فركانس بالاتر هنگامی رخ داد كه چشمه شدیدتر بود. برای این چشمه انتخاب معقولی برای پارامترهای مدل مذكور به خوبی با داده‌های مشاهداتی جور درمی‌آید.
با وجود این، رابطه شدت – فركانس در چشمه‌های مختلف بسیار متفاوت است و در بعضی موارد می‌تواند كاملاً پیچیده باشد. در روشن‌ترین چشمه پرتو ایكس كهكشان (1-ScoX) تا هنگامی كه چشمه زیاده از حد روشن نباشد، با افزایش شدت چشمه، فركانس مختصری كم می‌شود، نه زیاد. ولی هنگامی كه شرایط در چشمه تغییر كند، انرژی و همچنین شدت پرتوهای ایكس نیز می‌تواند تغییر كند. كاهشی كه در شدت پرتوایكس در یك انرژی خاص توسط بعضی وسایل ماهواره‌ای مشاهده شده است الزاماً به این معنی نیست كه شار كل پرتو ایكس كاهش یافته است، و بنابراین تفسیر روابط شدت – فركانس می‌تواند كاملاً پیچیده باشد. مدل‌های دیگری نیز برای QPOها پیشنهاد شده است. تمام مدل‌ها (منجمله مدلی كه در بالا توصیف شد) از این لحاظ كه در آن‌ها برهم‌كنش بین ستاره نوترونی دوار و محیطی كه بلافاصله آن را احاطه كرده است، در قسمت داخلی قرص، نوسان‌ها را تولید می‌كند اساساً مشابه‌اند. در یكی از سناریوها، پرتوهای ایكسی كه مستقیماً توسط ستاره نوترونی مركزی تولید می‌شوند از گاز داغ واقع در بالای قرص برافزایش پراكنده می‌شوند، و دوران تناوبی تكه‌های گاز داغ به دور ستاره نوترونی فوران‌های شبه منظم پرتوهای ایكس را تولید می‌كند. در یك سناریوی دیگر، برهم‌كنش پیچیده میدان‌های مغناطیسی با گاز داغ در قسمت داخلی قرص مواد را به سطح ستاره نوترونی هدایت می‌كند. این مواد در روی سطح ستاره نوترونی لكه‌های روشنی ایجاد می‌كنند كه به طور كتره‌ای ظاهر می‌شوند و به مدت چند دوره دوران ستاره دوام می‌آورند. گازی كه به سطح ستاره نوترونی افزوده می‌شود می‌بایست بر روی ستاره نوترونی دوار یا قرص ماده‌ای كه آن را احاطه كرده است، گشتاور نیرو ایجاد كند. پریدهورسكی استدلال كرده است كه تغییرات در این گشتاور نیرو می‌تواند بسیاری از پدیده‌های مشاهده شده از جمله رفتار QPO در 1-ScoX توجیه كند. در ماه‌های آینده ممكن است باز هم طرح‌ها و سناریوهای دیگری منتشر شوند. موضوع مشترك بسیاری از این سناریوها آن است كه QPOهای بسیار كندتر مشابهی در متغیرهای طوفانی (كاتاكلیسمی) دیده شده‌اند. متغیرهای طوفانی به منظومه‌های دوتایی گفته می‌شود كه در آن یك كوتوله سفید به جای ستاره نوترونی در مركز قرص برافزایشی واقع شده است. ناپایداری‌های موجود در مغناطیس كره در زمین نیز به عنوان رهنمونی برای تفسیرهای نظری به كار رفته است.
پدیده QPO نسبتاً پیچیده است. تحقیقات در سال‌های آینده نشان خواهد داد كه آیا این مدل‌ها (یا مدل‌های دیگری) می‌توانند داده‌ها را توضیح بدهند یا خیر. در آینده شاید بتوان از QPOها به عنوان وسیله بسیار خوبی برای كاوش رصدی دوتایی‌های پرتو ایكس استفاده كرد، زیرا غالباً فركانس نوسان یك شئ نجومی به طور بنیادی به ساختار آن شئ مربوط می‌شود. ولی این هم امكان دارد كه دلیل این پدیده برای مدت‌ها در ستاره شناسی كهكشانی در انرژی بالا به صورت معمای هیجان انگیزی باقی بماند.