تداعيات شرط تعقيد الاختفاء في نظرية $$f({\textbf{R}})$$ Implications of vanishing complexity condition in $$f({\textbf{R}})$$ theory

المجلة: The European Physical Journal C، المجلد: 84، العدد: 6
DOI: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-024-12916-1
تاريخ النشر: 2024-06-01

تداعيات شرط تعقيد الاختفاء في نظرية $$f({textbf{R}})$$

طيّب ناصر (د)، م. شريف (د)قسم الرياضيات والإحصاء، جامعة لاهور، 1-كم طريق الدفاع، لاهور 54000، باكستان

تاريخ الاستلام: 13 مارس 2024 / تاريخ القبول: 13 مايو 2024 / تاريخ النشر على الإنترنت: 1 يونيو 2024
© المؤلف(ون) 2024

الملخص

تقدم هذه الورقة مفهوم التعقيد لزمكان كروي ثابت وتقوم بتمديده إلى الإطار المعدل. ثم يتم صياغة معادلات الحقل المقابلة لوصف الداخل غير المتجانس. يتم تعريف دالة الكتلة الكروية من حيث هندسية وكذلك من حيث المادة. باستخدام الانقسام العمودي لموتر الانحناء، يتم تطوير مقادير محددة، مع الإشارة إلى أحدها كـ ، الذي يُعرف كعامل التعقيد للإعداد السائل المعني. عند معالجة نظام معادلات الحقل الذي يقبل بعض درجات الحرية الإضافية، يتم تقديم شرط خالي من التعقيد. بالتزامن مع هذا الشرط، يتم تطبيق ثلاثة قيود أخرى، مما يؤدي إلى تطوير نماذج مختلفة. كما نقدم تمثيلاً رسوميًا للحلول الناتجة، باستخدام قيم بارامترية محددة. من خلال هذا التحليل، نستنتج أن جميع نماذجنا الثلاثة تظهر الخصائص المطلوبة لوجود هياكل مستقرة وقابلة للحياة جسديًا لقيم معينة من بارامتر النموذج.

1 المقدمة

في علم الكونيات الحديث، الفهم المقبول على نطاق واسع هو أن الكون يمر حاليًا بتوسع متسارع. لقد تم اكتشاف هذه الظاهرة من خلال الملاحظات الأخيرة، بما في ذلك المستعرات العظمى من النوع Ia [1،2]، والهياكل الكبيرة [3] والتباينات في إشعاعات الخلفية الكونية الميكروية (CMB) [4،5]. لقد دفعت هذه الأحجية لتوسع متسارع علماء الفلك إلى تنفيذ أحد النهجين الرئيسيين للاستكشاف، إما ممارسة مفهوم الطاقة المظلمة، أو توسيع نظرية النسبية العامة ( ). في النهج الأول، يُعزى التوسع المتسارع إلى قوة غامضة تُسمى ‘الطاقة المظلمة’، التي لا تزال طبيعتها الدقيقة غير واضحة.
متنوعة من المرشحين للطاقة المظلمة الديناميكية تم اقتراحها لكشف طبيعتها الغامضة، بما في ذلك الثابت الكوني، الشبح [6،7]، التاكيون [8] ونماذج غاز تشابليجن [9]. تُعبر معادلة حالة الطاقة المظلمة، المعبر عنها كنسبة ضغط توزيع السائل وكثافته، عن وصف حاسم للتطور الكوني وتوسعه السريع المستمر.
النهج البديل يتضمن تعديل ، مما يؤدي إلى ما يُعرف بالنظريات المعدلة. من بين هذه التعديلات، تبرز نظرية كأبسط وأوضح تمديد لـ . في هذه النظرية، يتم تقديم الثوابت الانحنائية (من الدرجة الأعلى) باستخدام تركيبات مختلفة من العدد ريشي R. طور نوجيري وأودينتسوف [10] صياغة عامة لإعادة بناء هذه الجاذبية المعدلة لمقياس فريدمان-ليمايتر-روبرتسون-وكر. ساهم كابوزييلو وآخرون [11] في هذا المجال من خلال دراسة الحلول التحليلية لنماذج كونية مختلفة ضمن سيناريو . أظهر نوجيري وأودينتسوف [12] هذه النظرية كمرشح مناسب يمكن أن يساعد في توحيد عصر التضخم مع المرحلة المتسارعة المتأخرة من كوننا. في مراجعة شاملة لنماذج ، تناول فيليس وتسوجيكاوا [13] مواضيع متنوعة، تشمل الطاقة المظلمة، التضخم، الاضطرابات الكونية والحلول الكروية في خلفيات الجاذبية الضعيفة وكذلك القوية. اقترح سعيد وآدمي [14] تعميم مبدأ عدم اليقين لهيكل ثقب أسود في وجود شحنة. علاوة على ذلك، أوضح تريباتي وميشرا [15] ديناميات نماذج بيانشي من النوع الأول غير المتجانسة، مقدمة حلول لمعادلات الحركة المقابلة. مؤخرًا، استكشف أغراوال وآخرون [16] نفس النموذج الكوني في هذه الجاذبية المعدلة مع تكوين سائل مثالي واستخدموا أشكالًا مختلفة من العدد الانحنائي لمناقشة ملف الباريجينيس الجاذبي. بعض الأعمال المهمة الأخرى هي [17-19].
يعمل نظام معادلات الحقل ضمن أي نظرية للجاذبية على تصوير هيكل ذاتي الجاذبية بشكل شامل. لقد أصبحت السعي للحصول على حلول لهذه المعادلات
تحديًا، بشكل أساسي بسبب التعقيد المتضمن في المشتقات من الدرجة الأعلى للكميات الهندسية. يمكن تحديد مثل هذه الحلول إما تحليليًا أو عدديًا، حيث يعتمد الأخير على توفير شروط أولية أو حدود متوافقة مع السيناريو المحدد قيد النظر. ومع ذلك، للوصول إلى حل، فإن المعلومات الإضافية المتعلقة بالفيزياء المحلية ضرورية. على سبيل المثال، تكشف التحقيقات الأخيرة في الأجسام المدمجة عن وجود عوامل متعددة قد تؤثر على الطبيعة المتجانسة/غير المتجانسة لهذه الهياكل [20-22]. بالإضافة إلى ذلك، تلعب مكونات فيزيائية أخرى، مثل الكثافة غير المتجانسة، والقص، وتدفق التبدد، أدوارًا محورية في زعزعة استقرار حالة تجانس الضغط [23].
في هذا السياق، توجد ثلاثة مكونات مستقلة من معادلات الحقل للهيكل الكروي غير المتجانس، تتضمن خمسة مجهولات (مكونات المقياس وثلاثية المادة). للحصول على حلها، من الضروري تقديم شرطين إضافيين، عادةً في شكل افتراض تجريبي يتضمن بارامترًا فيزيائيًا أو معادلة حالة [24،25]. من الجدير بالذكر أن استخدام معادلة بوليتروبي [26،27] كان خيارًا شائعًا من قبل مؤلفين مختلفين لاستكشاف الخصائص الفيزيائية لأشياء مثل الأقزام البيضاء [28]. تم تمديد هذا التحقيق إلى الأنظمة غير المتجانسة ضمن إطار [2933]. بالتوازي، تم فرض قيود على إمكانيات المقياس، كما يتضح من شرط كارماركار، حيث يتم اختيار دالة واحدة بشكل تعسفي لإنتاج الحل الكامل [34-40]. بديل آخر هو فرض هندسة مسطحة متوافقة، مما يؤدي إلى اختفاء موتر وييل [41]. تم استخدام دالة شكل معينة أيضًا لمناقشة حلول الثقب الدودي [42]. تشير التحليلات الشاملة إلى أن التطور الهيكلي داخل جسم ذاتي الجاذبية يمكن تصويره من خلال سياقات متنوعة، كل منها يحكمه قيود متميزة.
لقد ظهر مفهوم التعقيد ضمن الأنظمة السماوية كموضوع ذي صلة ومثير للاهتمام في الأبحاث الحديثة. الدافع وراء استكشاف هذا المفهوم يكمن في السعي لفهم خصائص الأجسام المدمجة، حيث تتفاعل القوى الجاذبية مع ديناميات الجسيمات الجماعية. تشمل هذه الأنظمة طيفًا واسعًا، بدءًا من الظواهر الفلكية مثل تجمعات النجوم والمجرات إلى الهياكل الكونية مثل توزيع السائل على نطاق واسع في الكون. ينشأ التعقيد في الأنظمة السماوية من عوامل متعددة، بما في ذلك الديناميات غير الخطية، حيث يمكن أن يؤدي تغيير صغير في المعلمات السائدة إلى اختلافات كبيرة في التطور الهيكلي، فضلاً عن الظواهر الناشئة. يشير مصطلح التعقيد إلى وجود عدة عناصر في توزيع السائل الداخلي، مما يساهم في طبيعته المعقدة. قد تشمل هذه العناصر الكثافة، الضغط، تدفق الحرارة، وأكثر. لقد سعى الباحثون إلى صياغة تعريف شامل للتعقيد قابل للتطبيق عبر المجالات العلمية. في البداية، تم تعريف التعقيد من حيث المعلومات
والإنتروبيا ضمن النظام قيد النظر [43-45]. ومع ذلك، واجه هذا التعريف تحديات عند تطبيقه على هيكلين فيزيائيين متميزين، وهما الغاز المثالي والبلورة المثالية، حيث أن خصائصهما متعارضة بطبيعتها، ومع ذلك، لا يظهر كلا النظامين أي تعقيد.
تعريف معقد تم اقتراحه مؤخرًا وقبوله على نطاق واسع يأتي من هيريرا [46]. في عمله، عرّف ذلك بالنسبة للمعلمات الفيزيائية مثل كثافة الطاقة غير المتجانسة والضغط غير المتجانس. مستلهمًا من تحليل بيل العمودي لموتر ريمان [47،48]، حدد هيريرا بعض الكميات العددية. ومن الجدير بالذكر أنه حدد أن العاملين المذكورين أعلاه يتم احتواؤهما في عدد عددي واحد، يُشار إليه بـ ، وتم تصنيفه كعامل التعقيد. يعتمد هذا المفهوم على فرضية أن التعقيد داخل جسم مضغوط يتناقص في حالتين: عندما تكون التكوينات الداخلية متساوية ومتجانسة، أو عندما يتم إلغاء تأثيرات عدم التماثل في الضغط وعدم التجانس في كثافة الطاقة بشكل متبادل. لقد تم توسيع هذه الظاهرة لاستكشاف أنماط التطور للهندسات الديناميكية والمتماثلة محوريًا من خلال عدسة عامل التعقيد [49،50] جنبًا إلى جنب مع تحليل مفصل لهيكل كروي يقبل الهندسة الثابتة [51-53].
مدد الشريف وزملاؤه الباحثون هذا الوصف إلى الأنظمة الكروية المشحونة في وإطار العمل المرتبط بشكل طفيف المعدل، مما يوضح أن تعتبر عاملاً معقدًا بغض النظر عن هذه الأطر [54-56]. استكشف عباس ونزار [57] بعض الحلول الجديدة في سياق نظرية، تحليل تأثير مصطلحات التصحيح المعدلة على التعقيد ودالة الكتلة الكروية. كما ناقشوا نجومًا مضغوطة مختلفة باستخدام قيد خالٍ من التعقيد وفرضية كروي-باروا في سيناريو مرتبط بالهندسة السائلة، مما أسفر عن نتائج مرضية [58]. في دراسة أجراها منظور وشاهد [59]، تم دراسة التغير في تطور جسم مضغوط تم التحقيق في ذلك باستخدام نموذج ستاروبينسكي. وقد كشفت النتائج أن نسبة كثافة المادة المظلمة والمادة العادية أكبر من 1 لبعض القيم المعلمية. وقد تم تعميم هذا العمل في سيناريوهات معدلة تم الحصول منها على نتائج ملحوظة [60-67].
توسع هذه الدراسة في النماذج غير المتجانسة التي تم تطويرها سابقًا [68] في سياق نظرية. هيكل هذه الورقة منظم على النحو التالي. في القسم 2، نقدم الأنيسوتروبيك وصياغة معادلات المجال لتوزيع السطح الكروي الداخلي. كما نحدد شروط التقاء السطح عند الوصلة الكروية من خلال مطابقة الزمكان الداخلي مع الهندسة الخارجية المناسبة. يقدم القسم 3 المتجهات الهيكلية، من بينها تم اختيارها كعامل تعقيد للسيناريو الحالي. يتم توضيح ملخص موجز للشروط الأساسية لنموذج واقعي جسدي في القسم 4. علاوة على ذلك، يقدم القسم 5 ثلاثة نماذج متميزة، مصحوبة بـ
التفسير الرسومي. أخيرًا، يتم تلخيص نتائجنا في القسم الأخير.

معادلات المجال والكرة الساكنة

استبدال دالة عامة لمقياس الانحناء بدلاً من في فعل أينشتاين-هيلبرت يوفر الشكل التالي
Ł،
أين هو كثافة لاغرانج التي تحدد دور محتوى السائل على الهندسة ذات الجاذبية الذاتية. من خلال تغيير الفعل (1) بالنسبة لموتر المتر، نصل إلى المعادلات الميدانية العامة في هذه النظرية المعدلة كالتالي
.
هنا، نعرف موتر أينشتاين على أنه ، موصوفًا هندسة الزمكان و كونه إجمالي EMT. يمكن تصنيف الكمية الأخيرة على أنها
،
أين يشير إلى التوزيع السائل المعتاد في داخل جسم مضغوط وسيتم مناقشته لاحقًا. ومع ذلك، فإن مصطلح ظهر في المعادلة أعلاه بسبب تعديل الفعل. يتم التعبير عن هذه الكيان بواسطة
أين يجب تعريف بعض الكميات الرياضية الأخرى هنا لحساب معادلات المجال. وهي
  • تشير إلى المشتق التغايري،
  • يرمز إلى مشغل دالامبير.
من خلال دمج المعادلات (2)-(4)، نحصل على المعادلات العامة للحقل المعطاة بواسطة
نظرًا لأن أثر موتر أينشتاين صفري، نحصل بعد الضرب على كلا جانبي المعادلة أعلاه كـ
.
من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن طبيعة إجمالي EMT في هذه النظرية تظل محفوظة كما هي في حالة.
نتبنى هندسة كروية يتميز داخلها عن المنطقة الخارجية من خلال السطح الفائق. المقياس الذي يمثل التوزيع الداخلي يُعطى بواسطة
،
أين و . نظرًا لأننا نهدف إلى دراسة التعقيد داخل نظام ذو جاذبية ذاتية، يُفترض أن يكون محتوى السائل غير المتجانس معبرًا عنه بواسطة معادلة الطاقة التالية
،
أين كونها كثافة الطاقة، هو الشعاعي و هو المكون المماس لضغط السائل، يدل على السرعة الرباعية و تشير إلى الرباعي. تصبح التعبيرات للكمتين الأخيرتين من حيث المترية (6) كما يلي
،
اتباع بعض العلاقات المحددة مثل 0 ، و دمج المعادلات (5)-(7) ينتج مكونات غير صفرية من معادلات المجال كما هو
أين” تعني . علاوة على ذلك، من معادلة الحفظ نحصل على التعبير التالي الذي يكون صالحًا في إطار الأردن (انظر [69] للحصول على شرح مفصل) كما
،
أين هو عامل غير متجانس. المعادلة (12) تشير إلى معادلة تولمان-أوبنهايمر-فولكوف العامة (TOV) لإعداد المادة غير المتجانسة [70].
من أجل جعل نتائجنا معبرة، يجب علينا اختيار نموذج معدل من بين النماذج المقترحة في الأدبيات.
تعتمد العديد من نماذج التضخم في الكون المبكر على الحقول القياسية الموجودة في نظريات السوبرغرافيتي والسوبرستينغ. ومع ذلك، اقترح ستاروبينسكي نموذج تضخم مختلف. هذا السيناريو، على عكس نماذج مثل ‘التضخم القديم’، يتجنب مشكلة الخروج الأنيق. بالإضافة إلى ذلك، يتنبأ بطيف موجات الجاذبية التي تكون تقريبًا غير متغيرة المقياس ويلاحظ أيضًا عدم التماثل في درجة الحرارة، الذي وُجد أنه يتماشى مع ملاحظات إشعاع الخلفية الكونية. يُعرف نموذج ستاروبينسكي بأنه
،
أين كونه ثابتًا إيجابيًا و . المصطلح الثاني في النموذج أعلاه الذي يتضمن المقياس ريتشي من الدرجة الثانية يفسر بشكل جيد المرحلة الكونية التي تتوسع بشكل أسي. بعد تحليل شامل لهذا النموذج في سياق النجوم المدمجة، استنتج الباحثون أن النتائج ذات الصلة الفيزيائية يمكن الحصول عليها فقط لـ [76].
تعريف دالة الكتلة لكرّة ثابتة باستخدام مفهوم ميزنر-شارب، نعبر عنها كما يلي
،
الذي تعبيره البديل في شكل كثافة الطاقة المعدلة (9) هو
.
المصطلح يمكن تحديد ما تم استخدامه في المعادلة (12) من خلال ربط (10) و (14). يأخذ هذا الشكل
إدراج القيمة المذكورة أعلاه في المعادلة (12) يؤدي إلى
يمكن صياغة شروط التقاطع، التي تتضمن مطابقة سلسة للقياسات الداخلية والخارجية عند حدود السطح، لتحديد حل كامل يساعد في فهم تطور الهيكل بشكل جيد. بالنسبة للهندسة الخارجية، نعتبر قياس شوارزشيلد المعطى بـ
لا يمكن تحقيق المطابقة السلسة لهذه المقاييس دون أخذ العلاقات التالية في الاعتبار في يتم الحصول عليها من الشكلين الأساسيين لظروف التقاطع المعطاة بواسطة
.
المعادلتان الأوليان من المعادلات أعلاه تعادل مكونات المترية الزمنية/الشعاعية لكل من الفضاء الخارجي والداخلي، بينما تضمن المعادلة الأخيرة عدم وجود ضغط شعاعي عند الحدود.

3 هيكل المتجهات

لقد أصبحت فكرة التعقيد في الأنظمة ذات الجاذبية الذاتية نقطة محورية في علم الفلك. توجد العديد من التعريفات للتعقيد في الأدبيات، وتقترح إحدى المقترحات أن الهيكل الذي يتمتع بتوزيع متساوٍ ومتجانس يجب أن يكون له تعقيد صفري. وهذا يعني أن عامل التعقيد يقيس أساسًا العلاقة بين كثافة الطاقة غير المتجانسة والضغط غير المتجانس. قدم هيريرا [46] تعريفًا يعتمد على هذه العوامل من خلال تقسيم موتر ريمان [47،48] بشكل عمودي واختيار أحدها كعامل التعقيد. توفر هذه الفقرة نظرة عامة موجزة عن الإجراء للحصول على عامل التعقيد، الذي يرتبط بالمعلمات الفيزيائية المذكورة أعلاه.
المعادلة التالية تقسم موتر ريمان مقدم من
،
أين يرمز إلى موتر وايل. علاوة على ذلك، نعرف الموترين على النحو التالي
،
،
أين كونه رمز ليفي-سيفيتا و يمكن أيضًا التعبير عن المعادلتين (21) و (22) بشكل بديل كـ
،
.
هنا، يسمى بمؤشر الإسقاط. من خلال إجراء بعض الحسابات المباشرة ولكن الطويلة مع المعادلات (20)-(24)، نحصل على أربعة مقاييس كـ
,
П,
,
П.
جميع العوامل الفيزيائية في المقاييس أعلاه معروفة باستثناء , مما يدل على الجزء الكهربائي من موتر وايل ويعطى بواسطة
.
نلاحظ أن هذه الدوال القياسية مرتبطة بالخصائص الفيزيائية لهيكل سماوي، تشمل الكثافة المتجانسة/غير المتجانسة واللاتناظر. تسهم المعادلات (25)-(28) في فهم الملف التطوري لهيكل ذاتي الجاذبية بالطريقة التالية.
  • توضح كيف تؤثر كثافة الطاقة المتجانسة على توزيع السائل.
  • تحدد عدم التجانس في الكثافة.
  • يتم التحكم في اللاتناظر المحلي بواسطة العامل .
  • يلعب دور كل من و .
هدفنا هو اختيار عامل التعقيد من المقاييس الأربعة أعلاه. شكل في المعادلة (28) يوضح أن هذا العامل وحده يتضمن جميع المعلمات الضرورية، معبرًا عنها كـ
يجب ملاحظة أن هذا العامل يصبح صفريًا عند افتراض محتوى مادة متجانسة ومتجانسة. علاوة على ذلك، تم اقتراح صيغة كتلة تولمان مؤخرًا، مما يساعد في تقديم تقدير للطاقة الكلية للكتلة لهيكل دون ضمان موضعه [77]. الآن نعبر عن هذه الدالة الكتلية ضمن نظرية المعدلة كما يلي
,
التي تصبح بعد بعض الحسابات الضرورية كـ
هذا يبرز الآثار المهمة الناشئة من التكامل الثاني، موضحًا تأثير معلمات السائل على كتلة تولمان. تأخذ المعادلة (32) الشكل التالي عند الجمع مع المقياس (30)
الذي يربط عامل التعقيد بكتلة تولمان.
من الضروري التأكيد على أن النظام الذي له تعقيد صفري لا يتميز فقط بتكوين متجانس ومتجانس. في الواقع، تشرح المعادلة (30) أيضًا مثل هذا الهيكل ( ) تحت القيد التالي
مما يعني وجود عدد كبير من الحلول التي تلبي ذلك [68]. نظرًا لأن هذا الشرط هو نفسه كمعادلة حالة غير محلية [78]، فإنه يثبت أنه مفيد جدًا في صياغة الحلول لمعادلات الحركة (2). إمكانية تحقيق هذا الشرط في تكوين كروي متماثل حقيقي هو مجال مثير للمناقشة. نعتزم التعمق في هذا الجانب من خلال النظر في السيناريوهات التي يمكن أن يظهر فيها اللاتناظر بشكل طبيعي، مثل وجود توزيعات مادة غريبة أو مجالات جاذبية قوية بالقرب من الأجسام المدمجة مثل النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء. يمكن أن تسلط دراسة مثل هذه السيناريوهات الضوء على قابلية تطبيق ونتائج الشرط (34) في الداخل الفلكي الواقعي. لذلك، كما هو محدد في [43]، قد يتوافق إلغاء هذا مع أنظمة مختلفة جدًا.

4 الشروط الفيزيائية للنماذج المدمجة

تمت مناقشة مقترحات متنوعة في الأدبيات لمعالجة معادلات المجال التي توضح الأجسام المدمجة ذات الصلة الفيزيائية. ومع ذلك، إذا كانت مثل هذه الحلول لا تلبي معايير القبول، فإنها تتوقف عن كونها ذات صلة لنمذجة النجوم المدمجة الحقيقية. تم اقتراح العديد من الشروط في
هذا السياق وتم الالتزام بها من قبل باحثين مختلفين [79،80]. تم توضيح بعض هذه الشروط أدناه.
  • يجب أن تظهر دوال المقياس الشعاعي/الزماني محدودية، خالية من التفردات وتبقى إيجابية في كل مكان في داخل سائل ذاتي الجاذبية.
  • يجب أن تصل متغيرات المادة، بما في ذلك كثافة الطاقة والضغط، إلى أقصى حد لها في المركز ( )، معبرة عن اتجاه إيجابي محدود عبر النطاق بأكمله. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون مشتقاتها من الدرجة الأولى صفرًا عند وتتبع اتجاهًا سالبًا نحو الحدود.
  • في جسم مدمج، يتم ترتيب الجسيمات بطريقة معينة. تخبرنا هذه الترتيبات بمدى قرب هذه الجسيمات من بعضها البعض، مما يحدد في النهاية كثافة ذلك النظام. يمكن أيضًا تعريفها كنسبة الكتلة إلى نصف القطر التي يجب أن تكون بالضرورة أقل من الحد المقترح لتوزيع السائل الكروي المعطى بواسطة [81،82]
  • يمكن ضمان وجود مادة عادية داخل جسم سماوي من خلال تلبية بعض القيود. يُشار إليها بشروط الطاقة التي هي في الواقع تركيبات خطية من معلمات السائل في . في إعداد السائل قيد النظر، تأخذ هذه القيود الشكل التالي
من بين جميع الشروط أعلاه، تعتبر حدود الطاقة السائدة (أي، و ) حاسمة، مما يتطلب أن تكون كثافة الطاقة أكبر من كل من الضغوط الشعاعية/الجانبية في كل مكان.
  • يمكن تعريف الانزياح الجاذبي في تكوين السائل الداخلي كـ . نظرًا لأن هذا العامل يعتمد فقط على إمكانات المقياس، فمن الضروري أن ينخفض للخارج. بالإضافة إلى ذلك، يجب ألا تتجاوز قيمته 5.211 عند لكي يعتبر النموذج مقبولًا [81].
  • لقد حظيت تقييم استقرار النظام الذي انحرف للتو عن التوازن الهيدروستاتيكي باهتمام كبير في الأبحاث الحديثة. قدم هيريرا وآخرون [83،84] مفهوم التشقق، الذي يحدث داخل السائل عندما يتغير الاتجاه الكلي للقوة في الاتجاه الشعاعي عند نقطة معينة بسبب بعض الاضطرابات الخارجية. يعتمد تجنب التشقق على تلبية
    عدم المساواة التالية
حيث أن تشير إلى السرعة الصوتية الجانبية و تشير إلى السرعة الصوتية الشعاعية.

5 تشكيل نماذج مختلفة

تم اقتراح نماذج متنوعة من قبل باحثين مختلفين لاشتقاق حلول لمعادلات المجال. على سبيل المثال، قدم هيريرا [46] مثل هذه الحلول من خلال دمج قيودتين: فرضية غوكرو-مهرا، والمعادلة البوليتروبية، جنبًا إلى جنب مع شرط عامل التعقيد الصفري. نقوم بصياغة ثلاث حلول من خلال أخذ شروط مختلفة من بينها جميعًا ونفحص خصائصها الفيزيائية في الأقسام الفرعية التالية.

5.1 شرط تعقيد صفري مع ضغط شعاعي صفري

هناك خمسة مجهولات ( ) في معادلات المجال (9)-(11)، مما يتطلب قيودًا إضافية للحصول على حل فريد. لتبسيط النظام، نفرض القيود و ، مما يمثل حلاً كرويًا مع ضغط جانبي فقط، كما اقترح فلوريدس [85]. ينتج الشرط الأول من المعادلة (10) كـ
ويأخذ قيد خالي من التعقيد الشكل بعد الدمج مع المعادلات (9)، (11) و(34) كـ
$left.left.+r eta_{1}^{prime 2}+4 eta_{1}^{prime}right}^{2}right]left[pi alpha r^{-1} e^{-eta_{2}}left{2 rleft(eta_{1}^{prime prime}-2 e^{eta_{2}}+2right)right.right.$
$left.-eta_{2}^{prime}left(r eta_{1}^{prime}+4right)+r eta_{1}^{prime 2}+4 eta_{1}^{prime}right}$
$+2 pi]^{-1}-frac{3 r}{pi}left[2 eta_{1}^{prime 2}left{16 alpha+6 alpha r^{2} eta_{2}^{prime prime}right.right.$
$-2 alpha r^{2}left(2 e^{eta_{2}}+1right) eta_{1}^{prime prime}-8 alpha r^{2} e^{eta_{2}}+4 alpha r^{2} e^{2 eta_{2}}$
$left.+4 alpha r^{2}-r^{2} e^{2 eta_{2}}-8 alpha e^{eta_{2}}right}$
$-alpha eta_{2}^{prime 2}left{4left(4left(3 r^{2}+e^{eta_{2}}-2right)+11 r^{2} eta_{1}^{prime prime}right)+left(2 e^{eta_{2}}+15right)right.$
$left.times r^{2} eta_{1}^{prime 2}+12 rleft(e^{eta_{2}}+6right) eta_{1}^{prime}right}$
$+2 eta_{2}^{prime}left{eta_{1}^{prime}left(4 alpha r^{2}left(e^{eta_{2}}+6right) eta_{1}^{prime prime}right.right.$
$-32 alpha-14 alpha r^{2} eta_{2}^{prime prime}+4 alpha r^{2}$
$left.+8 alpha r^{2} e^{eta_{2}}-4 alpha r^{2} e^{2 eta_{2}}+r^{2} e^{2 eta_{2}}+16 alpha e^{eta_{2}}right)$
$+alpha r^{2}left(2 e^{eta_{2}}+1right) eta_{1}^{prime 3}+2 rleft(8 alpha-28 alpha eta_{2}^{prime prime}right.$
$+2 alphaleft(3 e^{eta_{2}}+14right) eta_{1}^{prime prime}+12 alpha e^{eta_{2}}-4 alpha e^{2 eta_{2}}$
$left.left.+12 alpha r eta_{1}^{(3)}+e^{2 eta_{2}}right)+4 alpha rleft(3 e^{eta_{2}}+2right) eta_{1}^{prime 2}right}$
$-alpha r^{2}left(2 e^{eta_{2}}-1right) eta_{1}^{prime 4}+12 alpha r eta_{2}^{prime 3}left(r eta_{1}^{prime}+4right)$
$+4 rleft{4 alphaleft(2 eta_{2}^{(3)}+rleft(left(e^{eta_{2}}-1right)^{2}-eta_{1}^{(4)}right)right.right.$
$left.-4 eta_{1}^{(3)}right)+8 alpha r eta_{2}^{prime prime}left(eta_{1}^{prime prime}+1right)-alpha rleft(2 e^{eta_{2}}+3right) eta_{1}^{prime prime 2}$
$+rleft(4 alpha-8 alpha e^{eta_{2}}+(4 alpha-1) e^{2 eta_{2}}right)$
$left.times eta_{1}^{prime prime}right}+4 r eta_{1}^{prime}left{8 alpha+2 alpha r eta_{2}^{(3)}+16 alpha eta_{2}^{prime prime}right.$
$-2 alphaleft(3 e^{eta_{2}}+4right) eta_{1}^{prime prime}-6 alpha r eta_{1}^{(3)}-12 alpha e^{eta_{2}}$
$left.left.-e^{2 eta_{2}}+4 alpha e^{2 eta_{2}}right}-4 alpha rleft(3 e^{eta_{2}}-2right) eta_{1}^{prime 3}right]$
$-4 e^{eta_{2}} rleft[4 alpha r eta_{1}^{prime 2}left(2 r^{2} e^{eta_{2}}-2 r^{2} eta_{2}^{prime prime}-r^{2} eta_{1}^{prime prime}right.right.$
$left.-2 r^{2}+4 e^{eta_{2}}-12right)-alpha r^{3} eta_{1}^{prime 4}-12 alpha r^{2} eta_{2}^{prime 3}left(r eta_{1}^{prime}+4right)$
$+alpha r eta_{2}^{prime 2}left(44 r^{2} eta_{1}^{prime prime}+11 r^{2} eta_{1}^{prime 2}right.$
$left.+48 r^{2}+48 r eta_{1}^{prime}-64right)-4 rleft{4left(8 alpha-2 alpha r^{2} e^{eta_{2}}right.right.$
$+alpha r^{2} e^{2 eta_{2}}-alpha r^{2} eta_{1}^{(4)}+alpha r^{2}-12 alpha e^{eta_{2}}$
$+2 alpha r eta_{2}^{(3)}+4 alpha e^{2 eta_{2}}-4 alpha r eta_{1}^{(3)}+2 e^{eta_{2}}$
$left.-e^{2 eta_{2}}right)+8 alpha r^{2} eta_{2}^{prime prime}left(eta_{1}^{prime prime}+1right)-4 alphaleft(left(r^{2}+2right) e^{eta_{2}}right.$
$left.left.-r^{2}-4right) eta_{1}^{prime prime}-3 alpha r^{2} eta_{1}^{prime prime 2}right}-8 alpha r^{2} eta_{1}^{prime 3}$
$+8 alpha eta_{1}^{prime}left(2 r^{3} eta_{1}^{(3)}-6 r^{2} eta_{2}^{prime prime}+4 r^{2} e^{eta_{2}}-r^{3} eta_{2}^{(3)}right.$
$left.+2 r^{2} eta_{1}^{prime prime}-4 r^{2}+8 e^{eta_{2}}-16right)-2 eta_{2}^{prime}left{alphaleft(-r^{3}right) eta_{1}^{prime 3}right.$
$+2 alpha r eta_{1}^{prime}left(9 r^{2} eta_{1}^{prime prime}-2 r^{2}-7 r^{2} eta_{2}^{prime prime}right.$
$left.+2 r^{2} e^{eta_{2}}+4 e^{eta_{2}}-28right)-4 alpha r^{2} eta_{1}^{prime 2}$
$+4left(-16 alpha+6 alpha r^{3} eta_{1}^{(3)}-14 alpha r^{2} eta_{2}^{prime prime}+8 alpha r^{2} e^{eta_{2}}right.$
$left.left.left.+12 alpha r^{2} eta_{1}^{prime prime}-r^{2} e^{eta_{2}}+8 alpha e^{eta_{2}}right)right}right]$
$timesleft[2 rleft{2 alpha+(1-2 alpha) e^{eta_{2}}+alpha eta_{1}^{prime prime}right}-alpha eta_{2}^{prime}left(r eta_{1}^{prime}+4right)right.$
$left.+alpha r eta_{1}^{prime 2}+4 alpha eta_{1}^{prime}right]^{-1}=0$.
نظرًا لأن مصطلح الانحناء من الدرجة العليا في النموذج المعدل يجعل المعادلات أعلاه تصل إلى الدرجة الرابعة من حيث إمكانيات المقياس، فإن الحصول على حل تحليلي لها غير ممكن. لذلك، نقوم بإجراء التكامل العددي على
المعادلات (38) و(39) من خلال اختيار بعض الشروط الأولية المقبولة وتحديد كل من و الدوال. نتحقق من ملف و الناجم في الشكل 1 ونجدها تظهر اتجاهًا إيجابيًا وغير تفردي في كل مكان. علاوة على ذلك، فإن قيمها في المركز تتماشى مع النتائج المتوقعة، حيث (لنقل ) و . النقطة التي تلتقي فيها هاتان الدالتان مع بعضهما تُشار إليها بنصف القطر أو حدود سطح النجم. في الحالة قيد المناقشة، نسترجع قيمها المختلفة مع عامل الكثافة لاختيارات متميزة من معلمة النموذج كـ
  • بالنسبة لـ ، نحصل على وتصبح الكثافة
  • بالنسبة لـ ، نحصل على وتصبح الكثافة
  • بالنسبة لـ ، نحصل على وتصبح الكثافة
في الشكل 2، نستكشف اتجاه كثافة الطاقة، التي تظهر أقصى حد عند وتتناقص نحو سطح الحدود. بالإضافة إلى ذلك، فإن التكوين الداخلي المتأثر بـ تصحيحات يصبح أقل كثافة مقارنة بـ [68]. نظرًا لأن النظام الذي لا يحتوي على ضغط شعاعي مرتبط بحل فلوريدس، يمكن الحفاظ على استقرار النظام قيد النظر فقط إذا أظهر الضغط الجانبي اتجاهًا إيجابيًا متزايدًا مع زيادة نصف القطر. توضح الصورة اليمنى من نفس الشكل سلوك ، الذي يتماشى مع النتيجة المطلوبة. علاوة على ذلك، يُنظر إلى اللاتناظر على أنه عكس الضغط الجانبي كما في هذه الحالة لدينا (الصورة السفلية).
تظهر شروط الطاقة، الموضحة في الشكل 3، سلوكًا مقبولًا، مما يؤكد جدوى الحل الأول الناتج. في الشكل 4 (يسار)، يتم توضيح الانزياح الأحمر الجاذبي، مما يظهر انخفاضًا مع زيادة ، مع حساب قيمتها السطحية كـ
الشكل 1 الدوال المترية (أحمر) و (أزرق) لـ (الزاوية العليا اليسرى)، 0.3 (الزاوية العليا اليمنى) و 0.4 (السفلى) المتعلقة بالنموذج الأول
يتوافق مع ، على التوالي. هذه القيمة أقل بكثير من الحد الأعلى الذي تم العثور عليه من خلال الملاحظات، أي، نحن أيضًا نفحص معيار الاستقرار في الشكل 4 (اليمين)، مما يكشف أن التشققات لم تحدث في النموذج المطور في أي مكان، وبالتالي، يحافظ على الاستقرار.

5.2 بوليتروب يقبل تعقيدًا متلاشيًا

تلعب البوليتروبي المرتبطة بتوزيع المادة غير المتجانسة دورًا مهمًا في الأبحاث الحديثة. وقد ناقش مؤلفون مختلفون وحللوا الحلول البوليتروبية في مقترحات جاذبية مختلفة [31-33]. من أجل الحصول على حل لمعادلات المجال (9)-(11)، نعتبر معادلة حالة بوليتروبية مرتبطة بعامل التعقيد المنعدم. على الرغم من أن مناقشة موجزة لنموذج بوليتروبي يمكن رؤيتها في [46]، إلا أننا نوضح الحل المقابل بشكل شامل من خلال التحليل التصويري. نقدم الشرطين المذكورين أعلاه رياضيًا للمضي قدمًا كما يلي
أين
  • يرمز إلى الثابت متعدد الأشكال،
  • تشير إلى مؤشر البوليتروبيك،
  • هو الأس exponent متعدد الأشكال.
القيودان المعطاة في المعادلة (40) تنتج معادلات غير خطية للغاية في و كما
الشكل 2 متغيرات المادة واللاتجانس لـ (أحمر)، 0.3 (أزرق) و 0.4 (أسود) المرتبطة بالنموذج الأول
الشكل 3 حدود الطاقة لـ (أحمر)، 0.3 (أزرق) و 0.4 (أسود) المرتبطة بالنموذج الأول
الشكل 4 الانزياح الأحمر والتشقق لـ (أحمر)، 0.3 (أزرق) و 0.4 (أسود) المرتبطة بالنموذج الأول











الشكل 5 الدوال المترية (أحمر) و (أزرق) لـ (الزاوية العليا اليسرى)، 0.3 (الزاوية العليا اليمنى) و 0.4 (الأسفل) المتعلقة بالنموذج الثاني














.
نحن نصلح و لحساب و من خلال حل المعادلتين (41) و(42). نظرًا لأن هذه المعادلات تم حلها عدديًا، نقوم برسم السلوك البياني لكل من دالتي المترية الناتجتين في الشكل 5 (مظهر مقبول) بدلاً من الحصول على تعبيراتهما. علاوة على ذلك، وُجد أن (ثابت إيجابي) و حد السطح جنبًا إلى جنب مع عامل الكثافة لقيم مختلفة من هم
  • لـ نحصل على وتصبح الكثافة
  • لـ نحصل على وتصبح الكثافة
الشكل 6 متغيرات المادة واللاتجانس لـ (أحمر)، 0.3 (أزرق) و 0.4 (أسود) المرتبطة بالنموذج الثاني
  • لـ نحصل على وتصبح الكثافة
توضح الشكل 6 اتجاه كثافة الطاقة والضغوط الشعاعية/المماسية بالنسبة للإحداثي الشعاعي للقيم البارامترية المختارة. وقد وُجد أنها تصل إلى أقصى حد لها في المركز وأدنى حد عند الحدود، تليها سلوك متناقص بشكل أحادي. بالنسبة لكل اختيار من ، يختفي الضغط الشعاعي عند واجهته المعنية (الرسم البياني العلوي الأيسر). نحن نفسر الرسوم البيانية لجميع شروط الطاقة التي يتم رؤية تحقيقها في الشكل 7، باستثناء لـ . ومن ثم، فإنها تصف حلاً قابلاً للتطبيق من الناحية الفيزيائية فقط لـ و 0.3 .
نقدم الانزياح الأحمر الجاذبي المتوافق مع هذا النموذج في الرسم البياني الأيسر من الشكل 8، متبعًا الاتجاه التنازلي.
عندما يزيد. بالنسبة لـ و 0.4، تأخذ هذه العامل القيم و ، على التوالي. كما تم دراسة المنطقة المستقرة في نفس الشكل حيث نجد أن التشقق يحدث فقط لـ . لذلك، فإن النظام غير مستقر لهذه القيمة. ومع ذلك، فإن القيمتين الأخريين توفران داخليات مستقرة من الناحية الفيزيائية، على عكس النتائج التي تم الحصول عليها في [68].
إن نهجًا أكثر ملاءمة لحل المعادلات التفاضلية هو تحويلها إلى شكل غير بعدي. لتحقيق ذلك، نقدم متغيرات جديدة تقدم المتغيرات الأصلية ككميات غير بعدية. دعونا نقترح هذه المتغيرات كـ
الشكل 7 حدود الطاقة لـ (أحمر)، 0.3 (أزرق) و 0.4 (أسود) المرتبطة بالنموذج الثاني
4 حيث و هي الضغط الشعاعي المركزي وكثافة الطاقة المركزية، على التوالي. عند (أو لدينا عند دمج المتغيرات المذكورة أعلاه مع دالة الكتلة (15) ومعادلة توف العامة (17)، تأخذ الشكل التالي
حيث توجد معادلتان تفاضليتان تمثلهما (45) و(46) تتعلقان بالمتغيرات و واحد إضافي
الشكل 8 الانزياح الأحمر والتشقق لـ (أحمر)، 0.3 (أزرق) و 0.4 (أسود) المرتبطة بالنموذج الثاني
شرط مطلوب لتحديدها بشكل فريد. لمعالجة هذا المتطلب، نختار الشرط والتي، عند التعبير عنها في المتغيرات (43) و(44)، يمكن أن تُعبر كما يلي
نظرًا لأن و معروفة بالفعل، يتطابق عدد المعادلات مع عدد المجهولات. وبالتالي، يتم الحصول على حل فريد من خلال التكامل العددي، باستخدام الشروط الأولية المقدمة بواسطة
.
نحدد الثابت وفحص الاتجاه البياني للثلاثة المجهولين المذكورين أعلاه بالنسبة إلى ، مع تغيير قيم . في الشكل 9 (الزاوية العليا اليسرى)، يتم توضيح سلوك كثافة الطاقة، حيث تصل إلى أقصى حد لها عند ويتناقص نحو الخارج، مما يدل على وجود بوليتروبيات جيدة السلوك. الكتلة المقابلة تظهر نمطًا متزايدًا باستمرار، مرتبطًا عكسيًا بـ (موضح في الرسم البياني العلوي الأيمن). يوضح الرسم البياني السفلي التباين، حيث يتناقص عند النواة ويظهر سلوكًا سلبيًا تجاه السطح الكروي لجميع القيم المختارة من .

5.3 شرط تعقيد الاختفاء مع معادلة حالة غير محلية

اقترح هيرنانديز ونونيز [78] معادلة معينة تربط الضغط الشعاعي بكثافة الطاقة والحد التكاملي (الذي يظهر أيضًا في تعريف عامل التعقيد (30))، والمعروفة باسم معادلة الحالة غير المحلية. يتم تقديم تعبيرها جنبًا إلى جنب مع القيد الخالي من التعقيد في ما يلي.
أين كونه ثابتًا. لتجنب التفرد في مركز النجم، نفرض أن تكون هذه الثابتة صفرًا. يمكن التعبير عن المعادلة أعلاه (يسار) من خلال الانضمام إلى الكتلة الداخلية (15) كما يلي
الشكل 9 تغير في و لـ (أحمر)، 0.06 (أزرق) و 0.07 (أسود) المرتبطة بالنموذج الثاني
ومع ذلك، تظل الحالة كما هو محدد في المعادلة (42). ومن ثم، فإن كلا هاتين المعادلتين كافيتان للحصول على الحل للمعادلات (9)-(11). يجب أيضًا أن يُذكر أن المعادلتين (42) و(49) هما معادلات تفاضلية من رتبة أعلى في مكونات المترية، وبالتالي يجب علينا حلها عدديًا كما تم القيام به بالفعل في كلا النموذجين السابقين.
توضح الشكل 10 الملف غير المفرد والإيجابي والنهائي لـ و ، مما يدل على إمكانيات مقبولة جسديًا. بالإضافة إلى ذلك، نقوم بتأسيس و في المركز، ويتقاربون عند نقطة واحدة مميزة في ما يلي
  • لـ نحصل على وتصبح الكثافة
  • لـ نحصل على وتصبح الكثافة
  • لـ نحصل على وتصبح الكثافة
تظهر الشكل 11 الطبيعة المقبولة للثلاثي السائل، حيث يظهر سلوكًا إيجابيًا أقصى في المركز ثم ينخفض تدريجيًا نحو الخارج. ومن الجدير بالذكر أن هناك اتجاهًا خارجيًا لـ يؤدي إلى عدم تماثل سلبي، كما يتضح في الرسم البياني السفلي الأيمن. توضح الشكل 12 تلبية حدود الطاقة، مما يؤكد جدوى النموذج المطور الذي يحتوي على مادة عادية. في الشكل 13 (يسار)، يتم تقديم الانزياح الأحمر الداخلي، الذي ينخفض مع زيادة والوصول إلى قيمة عند الحدود كـ و لـ و 0.4، على التوالي. حالة التشقق، المعروضة في الرسم البياني الأيمن، تأخذ قيمًا سلبية ضمن النطاق في كل مكان في الداخل. وبالتالي، يُعتبر الحل الذي طورناه للقيود (34) و(48) مستقرًا، ومتسقًا مع [68].
الشكل 10 الدوال المترية (أحمر) و (أزرق) لـ (الزاوية العليا اليسرى)، 0.3 (الزاوية العليا اليمنى) و 0.4 (الأسفل) المتعلقة بالنموذج الثالث
الشكل 11 متغيرات المادة واللاتجانس لـ (أحمر)، 0.3 (أزرق) و 0.4 (أسود) المرتبطة بالنموذج الثالث
الشكل 12 حدود الطاقة لـ (أحمر)، 0.3 (أزرق) و 0.4 (أسود) المرتبطة بالنموذج الثالث

6 الاستنتاجات

الهدف من هذه المقالة هو اقتراح حلول متنوعة لمعادلات حقل أينشتاين في سياق نظرية. لتحقيق هذا الهدف، أخذنا في الاعتبار مقياس داخلي كروي ثابت، وحددنا كل من معادلات المجال المعدلة والشرط لوجود نظام في حالة التوازن الهيدروستاتيكي. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتمثيل الكتلة الكروية من حيث الكيان الهندسي وكذلك كثافة الطاقة. تم تعريف الهندسة الخارجية بواسطة مقياس شوارزشيلد لحساب الكثافة
عامل. علاوة على ذلك، قمنا بتقسيم موتر الانحناء بشكل عمودي، مما أدى إلى اشتقاق أربعة مقادير مميزة ترافق كميات فيزيائية متنوعة. لوحظ أن عاملاً يُشار إليه باسم يتضمن عدم تجانس الكثافة، واللاتناظر، وتصحيحات معدلة، مما دفع لاعتماده كعامل تعقيد لتوزيع السائل المعني، بما يتماشى مع التعريف المقترح من هيريرا [46].
نظرًا لأن معادلات المجال (9)-(11) تتضمن خمسة مجهولات، وهي ثلاثية سائلة وإمكانات مقياس، فقد قدمنا بعض القيود لتسهيل إمكانية حل النظام. القيد الأول المعتمد هو التعقيد-
الشكل 13 الانزياح الأحمر والتصدع لـ (أحمر)، 0.3 (أزرق) و0.4 (أسود) المرتبطة بالنموذج III
شرط خالٍ كما هو معبر عنه في المعادلة (34). بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتنفيذ ثلاثة قيود، وهي، , معادلة بوليتروبي ومعادلة حالة غير محلية، تعمل كشرط ثانٍ، مما يؤدي إلى نماذج مختلفة. تم حل القطاع الهندسي ( ) من خلال دمج المعادلات المقابلة في كل سيناريو من خلال نهج عددي، جنبًا إلى جنب مع شروط أولية قابلة للتطبيق محددة. بعد ذلك، قمنا بتحديد عدة شروط فيزيائية مثل الانزياح الأحمر الجاذبي، والكثافة ومعايير الاستقرار، والتي يؤدي تحقيقها إلى نماذج ذات جاذبية ذاتية واقعية.
يظهر قطاع المادة، الذي يشمل كثافة الطاقة والضغط، المرتبط بكل حل، سلوكًا مقبولًا، يتميز بحد أقصى عند وانخفاض لاحق نحو الخارج. لوحظ أن كل من الكثافة والانزياح الأحمر الداخلي كانت ضمن الحدود المقبولة. جميع الحلول قد استوفت معيار القابلية باستثناء واحدة مرتبطة بمعادلة حالة بوليتروبية فقط لـ ، كما يتضح من تحقيق شروط الطاقة (الأشكال 3، 7 و12). من الجدير بالذكر أن شرط التصدع يتم تحقيقه فقط من خلال الحلول المرتبطة بـ ومعادلة حالة غير محلية لجميع القيم المختارة من معلمة النموذج (الأشكال 4 و13). ومع ذلك، فإن الحل الثاني مستقر فقط لـ و0.3 لأننا لاحظنا حدوث التصدع لـ (الشكل 8). من المهم أن نلاحظ أن الحلول المستمدة لدينا للنموذجين الأول والثالث تتوافق مع تلك المقدمة في [68]. ومع ذلك، تم العثور على أن النموذجين الثاني والثالث ينحرفان عن السيناريو المشحون [55].
تمويل لم تتلق هذه البحث أي تمويل خارجي.
بيان توفر البيانات لا يحتوي هذا المخطوط على بيانات مرتبطة أو لن يتم إيداع البيانات. [تعليق المؤلفين: هذه دراسة نظرية ولم يتم إدراج أي بيانات تجريبية.]
بيان توفر الكود لا يحتوي مخطوطي على كود/برنامج مرتبط. [تعليق المؤلف: تم إنشاء الأشكال 1-13 باستخدام برنامج Mathematica المتاح من المؤلفين عند الطلب.]
الوصول المفتوح هذه المقالة مرخصة بموجب رخصة المشاع الإبداعي للاستخدام والمشاركة والتكيف والتوزيع وإعادة الإنتاج في أي وسيلة أو صيغة، طالما أنك تعطي الائتمان المناسب للمؤلفين الأصليين والمصدر، وتوفر رابطًا لرخصة المشاع الإبداعي، وتوضح ما إذا كانت هناك تغييرات قد تم إجراؤها. الصور أو المواد الأخرى من طرف ثالث في هذه المقالة مشمولة في رخصة المشاع الإبداعي للمقالة، ما لم يُشار إلى خلاف ذلك في سطر ائتمان للمادة. إذا لم تكن المادة مشمولة في رخصة المشاع الإبداعي للمقالة واستخدامك المقصود غير مسموح به بموجب اللوائح القانونية أو يتجاوز الاستخدام المسموح به، ستحتاج إلى الحصول على إذن مباشرة من صاحب حقوق الطبع والنشر. لعرض نسخة من هذه الرخصة، قم بزيارة http://creativecomm ons.org/licenses/by/4.0/.
تمويل من SCOAP .

References

  1. A.G. Riess et al., Astron. J. 116, 1009 (1998)
  2. S. Perlmutter et al., Astrophys. J. 517, 565 (1999)
  3. M. Tegmark et al., Phys. Rev. D 69, 103501 (2004)
  4. C.L. Bennett et al., Astrophys. J. 583, 1 (2003)
  5. D.N. Spergel et al., Astrophys. J. Suppl. Ser. 148, 175 (2003)
  6. R.R. Caldwell, Phys. Lett. B 545, 23 (2002)
  7. S. Nojiri, S.D. Odintsov, Phys. Lett. B 565, 1 (2003)
  8. A. Sen, J. High Energy Phys. 04, 048 (2002)
  9. V. Gorini, A. Kamenshchik, U. Moschella, Phys. Rev. D 67, 063509 (2003)
  10. S. Nojiri, S.D. Odintsov, Phys. Rev. D 74, 086005 (2006)
  11. S. Capozziello, P. Martin-Moruno, C. Rubano, Phys. Lett. B 664, 12 (2008)
  12. S. Nojiri, S.D. Odintsov, TSPU Bulletin N8(110), 7 (2011)
  13. A.D. Felice, S. Tsujikawa, Living Rev. Relativ. 13, 3 (2010)
  14. J.L. Said, K.Z. Adami, Phys. Rev. D 83, 043008 (2011)
  15. S.K. Tripathy, B. Mishra, Eur. Phys. J. Plus 131, 273 (2016)
  16. A.S. Agrawal, S.K. Tripathy, B. Mishra, Chin. J. Phys. 71, 333 (2021)
  17. A.V. Astashenok, S. Capozziello, S.D. Odintsov, Phys. Lett. B 742, 160 (2015)
  18. G. Mustafa, I. Hussain, M.F. Shamir, Universe 6, 48 (2020)
  19. M.F. Shamir, A. Malik, G. Mustafa, Chin. J. Phys. 73, 634 (2021)
  20. L. Herrera, N.O. Santos, Phys. Rep. 286, 53 (1997)
  21. J. Ovalle, Phys. Rev. D 95, 104019 (2017)
  22. J. Ovalle, R. Casadio, R. da Rocha, A. Sotomayor, Eur. Phys. J. C 78, 122 (2018)
  23. L. Herrera, Phys. Rev. D 101, 104024 (2020)
  24. L. Herrera, J. Ospino, A. Di Prisco, Phys. Rev. D 77, 027502 (2008)
  25. G. Abellán, P. Bargueño, E. Contreras, E. Fuenmayor, Int. J. Mod. Phys. D 29, 2050082 (2020)
  26. S. Chandrasekhar, Mon. Not. R. Astron. Soc. 93, 390 (1933)
  27. F.K. Liu, Mon. Not. R. Astron. Soc. 281, 197 (1996)
  28. G. Abellán, E. Fuenmayor, L. Herrera, Phys. Dark Universe 28, 100549 (2020)
  29. R.F. Tooper, Astrophys. J. 140, 434 (1964)
  30. S.A. Bludman, Astrophys. J. 183, 637 (1973)
  31. L. Herrera, W. Barreto, Phys. Rev. D 88, 084022 (2013)
  32. L. Herrera, A. Di Prisco, W. Barreto, J. Ospino, Gen. Relativ. Gravit. 46, 1827 (2014)
  33. G. Abellán, E. Fuenmayor, E. Contreras, L. Herrera, Phys. Dark Universe 30, 100632 (2020)
  34. K.R. Karmarkar, Proc. Indian Acad. Sci. Sect. A 27, 56 (1948)
  35. K.N. Singh, S.K. Maurya, F. Rahaman, F. Tello-Ortiz, Eur. Phys. J. C 79, 381 (2019)
  36. J. Ospino, L.A. Núñez, Eur. Phys. J. C 80, 166 (2020)
  37. G. Mustafa et al., Phys. Dark Universe 31, 100747 (2021)
  38. A. Ramos, C. Arias, E. Fuenmayor, E. Contreras, Eur. Phys. J. C 81, 203 (2021)
  39. M. Sharif, T. Naseer, Phys. Scr. 97, 055004 (2022)
  40. M. Sharif, T. Naseer, Phys. Scr. 97, 125016 (2022)
  41. L. Herrera, A. Di Prisco, J. Ospino, E. Fuenmayor, J. Math. Phys. 42, 2129 (2001)
  42. T. Naseer, M. Sharif, A. Fatima, S. Manzoor, Chin. J. Phys. 86, 350 (2023)
  43. R. López-Ruiz, H.L. Mancini, X. Calbet, Phys. Lett. A 209, 321 (1995)
  44. X. Calbet, R. López-Ruiz, Phys. Rev. E 63, 066116 (2001)
  45. C.P. Panos, N.S. Nikolaidis, K.C. Chatzisavvas, C.C. Tsouros, Phys. Lett. A 373, 2343 (2009)
  46. L. Herrera, Phys. Rev. D 97, 044010 (2018)
  47. L. Bel, Ann. Inst. Henri Poincaré 17, 37 (1961)
  48. L. Herrera, J. Ospino, A. Di Prisco, E. Fuenmayor, O. Troconis, Phys. Rev. D 79, 064025 (2009)
  49. L. Herrera, A. Di Prisco, J. Ospino, Phys. Rev. D 98, 104059 (2018)
  50. L. Herrera, A. Di Prisco, J. Ospino, Phys. Rev. D 99, 044049 (2019)
  51. M. Sharif, T. Naseer, Eur. Phys. J. Plus 137, 1304 (2022)
  52. M. Sharif, T. Naseer, Class. Quantum Gravity 40, 035009 (2023)
  53. M. Sharif, T. Naseer, Phys. Dark Universe 42, 101324 (2023)
  54. M. Sharif, T. Naseer, Ann. Phys. 453, 169311 (2023)
  55. M. Sharif, T. Naseer, Chin. J. Phys. 86, 596 (2023)
  56. M. Sharif, T. Naseer, Ann. Phys. 459, 169527 (2023)
  57. G. Abbas, H. Nazar, Eur. Phys. J. C 78, 510 (2018)
  58. G. Abbas, H. Nazar, Eur. Phys. J. C 78, 957 (2018)
  59. R. Manzoor, W. Shahid, Phys. Dark Universe 33, 100844 (2021)
  60. M. Sharif, T. Naseer, Chin. J. Phys. 77, 2655 (2022)
  61. M. Sharif, T. Naseer, Eur. Phys. J. Plus 137, 947 (2022)
  62. Z. Yousaf et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 495, 4334 (2020)
  63. Z. Yousaf, M.Z. Bhatti, T. Naseer, Ann. Phys. 420, 168267 (2020)
  64. Z. Yousaf, M.Z. Bhatti, T. Naseer, Int. J. Mod. Phys. D 29, 2050061 (2020)
  65. Z. Yousaf et al., Phys. Dark Universe 29, 100581 (2020)
  66. Z. Yousaf, M.Z. Bhatti, T. Naseer, Phys. Dark Universe 28, 100535 (2020)
  67. Z. Yousaf, M.Z. Bhatti, T. Naseer, Eur. Phys. J. Plus 135, 353 (2020)
  68. C. Arias, E. Contreras, E. Fuenmayor, A. Ramos, Ann. Phys. 436, 168671 (2022)
  69. T. Koivisto, Class. Quantum Gravity 23, 4289 (2006)
  70. K. Kainulainen, J. Piilonen, V. Reijonen, D. Sunhede, Phys. Rev. D 76, 024020 (2007)
  71. A.A. Starobinsky, Phys. Lett. B 91, 99 (1980)
  72. D. Kazanas, Astrophys. J. 241, L59 (1980)
  73. A.H. Guth, Phys. Rev. D 23, 347 (1981)
  74. A.A. Starobinsky, J. Exp. Theor. Phys. Lett. 30, 682 (1979)
  75. A.A. Starobinsky, Sov. Astron. Lett. 9, 302 (1983)
  76. M. Zubair, G. Abbas, Astrophys. Space Sci. 361, 342 (2016)
  77. R.C. Tolman, Phys. Rev. 35, 875 (1930)
  78. H. Hernández, L.A. Núñez, Can. J. Phys. 82, 29 (2004)
  79. M.S.R. Delgaty, K. Lake, Comput. Phys. Commun. 115, 395 (1998)
  80. B.V. Ivanov, Eur. Phys. J. C 77, 738 (2017)
  81. H.A. Buchdahl, Phys. Rev. 116, 1027 (1959)
  82. A. Alho, J. Natário, P. Pani, G. Raposo, Phys. Rev. D 106, L041502 (2022)
  83. L. Herrera, Phys. Lett. A 165, 206 (1992)
  84. H. Abreu, H. Hernández, L.A. Núñez, Class. Quantum Gravity 24, 4631 (2007)
  85. P.S. Florides, Proc. R. Soc. Lond. A Math. Phys. Sci. 337, 529 (1974)


Journal: The European Physical Journal C, Volume: 84, Issue: 6
DOI: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-024-12916-1
Publication Date: 2024-06-01

Implications of vanishing complexity condition in theory

Tayyab Naseer (D), M. Sharif (D)Department of Mathematics and Statistics, The University of Lahore, 1-KM Defence Road, Lahore 54000, Pakistan

Received: 13 March 2024 / Accepted: 13 May 2024 / Published online: 1 June 2024
© The Author(s) 2024

Abstract

This paper introduces the concept of complexity for a static spherical spacetime and extends it to the modified framework. The formulation of the corresponding field equations is then carried out to describe the anisotropic interior. The spherical mass function is defined in both geometric as well as matter terms. Utilizing the orthogonal splitting of the curvature tensor, specific scalars are developed, with one of them denoted as , identified as the complexity factor for the considered fluid setup. In addressing the system of field equations admitting some extra degrees of freedom, the complexity-free condition is introduced. In conjunction with this condition, three other constraints are applied, leading to the development of different models. We also provide a graphical representation of the resulting solutions, using specific parametric values. From this analysis, we conclude that our all three models exhibit the properties required for the existence of physically viable and stable structures for certain values of the model parameter.

1 Introduction

In modern cosmology, the widely accepted understanding is that the universe is currently undergoing accelerated expansion. This phenomenon has been detected from recent observations, including type Ia supernovae [1,2], large-scale structures [3] and anisotropies in the cosmic microwave background (CMB) radiations [4,5]. Such a puzzle of an accelerated expansion has prompted astrophysicists to implement one of the two primary approaches for exploration, either practicing the notion of dark energy, or extending the theory of general relativity ( ). In the first approach, the accelerated expansion is attributed to an enigmatic force termed ‘dark energy’, the precise nature of which still remains elu-
sive. Various candidates for dynamical dark energy have been suggested to unreveal its mysterious nature, encompassing the cosmological constant, phantom [6,7], tachyon [8] and Chaplygin gas models [9]. The dark energy equation of state, expressed as the ratio of pressure of the fluid distribution and its density, serves as a crucial descriptor for cosmic evolution and its ongoing rapid expansion.
The alternative approach involves modifying , giving rise to what is known as modified theories. Among these modifications, the theory stands out as the simplest and most direct extension of . In this theory, the curvature invariants (higher-order) are presented using different combinations of the Ricci scalar R. Nojiri and Odintsov [10] developed a generalized formulation for rebuilding this modified gravity for the Friedmann-Lemaître-RobertsonWalker metric. Capozziello et al. [11] contributed to this field by examining the analytic solutions of different cosmic models within the scenario. Nojiri and Odintsov [12] demonstrated this theory as a suitable candidate that can help in unifying inflationary era with the late-time accelerated phase of our universe. In a comprehensive review of models, Felice and Tsujikawa [13] delved into various topics, encompassing dark energy, inflation, cosmological perturbations and spherical solutions in weak as well as strong gravity backgrounds. Said and Adami [14] proposed the generalization of an uncertainty principle for a black hole structure in the presence of charge. Further, Tripathy and Mishra [15] have elucidated the dynamics of anisotropic Bianchi type-I models, providing solutions to the corresponding equations of motion. Recently, Agrawal et al. [16] explored the same cosmological model in this modified gravity with a perfect fluid configuration and used different forms of the curvature scalar to discuss the profile of gravitational baryogenesis. Some other important works are [17-19].
The system of field equations within any theory of gravity serves to comprehensively depict a self-gravitating structure. The quest for solutions to these equations has become
challenging, primarily due to the intricate involvement of higher-order derivatives of geometric quantities. Such solutions can be determined either analytically or numerically, the latter contingent upon the provision of initial or boundary conditions compatible with the specific scenario under consideration. However, to arrive at a solution, supplementary information concerning local physics is indispensable. For instance, recent investigations into compact objects reveal the potential existence of multiple factors that affect the isotropic/anisotropic nature of these structures [20-22]. Additionally, other physical components, such as inhomogeneous density, shear and dissipation flux, play pivotal roles in destabilizing the condition of pressure isotropy [23].
In this perspective, three independent components of the field equations exist for the anisotropic spherical structure, involving five unknowns (metric components and matter triplet). To obtain their solution, it is imperative to introduce two additional conditions, typically in the form of an empirical assumption involving a physical parameter or an equation of state [24,25]. Notably, the utilization of a polytropic equation [26,27] has been a common choice by various authors for exploring the physical characteristics of objects like white dwarfs [28]. This investigation has been extended to anisotropic systems within the framework of [2933]. In parallel, constraints have been imposed on the metric potentials, exemplified by the Karmarkar condition, where one function is arbitrarily picked to produce the complete solution [34-40]. Another alternative is the imposition of a conformally flat geometry, resulting in the disappearance of the Weyl tensor [41]. A particular shape function has also been used to discuss the wormhole solutions [42]. The comprehensive analysis indicates that the structural evolution within a self-gravitating body can be portrayed by various contexts, each governed by distinct constraints.
The concept of complexity within celestial systems has emerged as an extremely relevant and intriguing topic in modern research. The impetus behind exploring this concept lies in the quest to comprehend the properties of compact objects, where gravitational forces interact with the collective particles’ dynamics. These systems encompass a broad spectrum, ranging from astronomical phenomena like star clusters and galaxies to cosmic structures such as the largescale fluid distribution in the universe. Complexity in celestial systems arises from various factors, including non-linear dynamics, where a small alteration in reigning parameters can lead to considerable differences in structural development, as well as emergent phenomena. The term complexity denotes the presence of several elements in the interior fluid distribution, contributing to its intricate nature. These elements may include density, pressure, heat flux, and more. Researchers have endeavored to formulate a comprehensive definition of complexity applicable across scientific fields. Initially, complexity was defined in terms of information
and entropy within the system under consideration [43-45]. However, this definition faced challenges when applied to two distinct physical structures, namely an ideal gas and a perfect crystal, as their properties are inherently opposite, yet both systems exhibit no complexity.
A recently proposed and widely accepted definition of complexity comes from Herrera [46]. In his work, he defined this in relation with the physical parameters such as inhomogeneous energy density and pressure anisotropy. Drawing inspiration from Bel’s orthogonal decomposition of the Riemann tensor [47,48], Herrera determined some scalars. Notably, he identified that the two above-mentioned factors are encapsulated in a single scalar, denoted as , and labeled it as the complexity factor. This concept is built on the premise that the complexity within a compact object diminishes in two scenarios: when the interior configuration is both isotropic and homogeneous, or when the effects of anisotropy in pressure and inhomogeneity in energy density are mutually canceled out. This phenomenon has been extended to explore the evolution patterns of dynamical and axially symmetric geometries through the lens of the complexity factor [49,50] along with a detailed analysis for a spherical structure admitting static geometry [51-53].
Sharif and his co-researchers extended this description to charged spherical systems in and modified minimally coupled framework, demonstrating that serves as a complexity factor regardless of these frameworks [54-56]. Abbas and Nazar [57] explored some new solutions in the context of theory, analyzing the impact of modified correction terms on the complexity and spherical mass function. They further discussed various compact stars using the complexity-free constraint and the Krori-Barua ansatz in a fluid-geometry coupled scenario, yielding satisfactory results [58]. In a study conducted by Manzoor and Shahid [59], the variation in the evolution of a compact object has been investigated using the Starobinsky model. They revealed that the ratio between the density of dark and usual matter is greater than 1 for certain parametric values. This work has been generalized in modified scenarios from which noteworthy results were obtained [60-67].
This study expands upon the previously developed anisotropic models [68] in the context of theory. The structure of this paper is organized as follows. In Sect. 2, we present the anisotropic and formulate the field equations for the spherical interior distribution. We also determine the junction conditions at the spherical junction through matching the interior spacetime with the suitable exterior geometry. Section 3 introduces the structure scalars, among which is selected as the complexity factor for the current scenario. A concise summary of essential conditions for a physically realistic model is outlined in Sect. 4. Furthermore, Sect. 5 presents three distinct models, accompanied by their
graphical interpretation. Finally, our results are summarized in the last section.

field equations and static sphere

The substitution of a generic functional of the curvature scalar in place of in the Einstein-Hilbert action provides the following form
Ł,
where is the Lagrangian density that determines the role of fluid content on the self-gravitating geometry. Varying the action (1) with respect to the metric tensor, we are left with the general field equations in this modified theory as
.
Here, we define the Einstein tensor as , characterizing the spacetime geometry and being the total EMT. The latter quantity can be classified as
,
where denotes the usual fluid distribution in the interior of a compact object and further shall be discussed latter. However, the term is appeared in the above equation due to modifying the action. This entity is expressed by
where . Some other mathematical quantities must be defined here to calculate the field equations. They are
  • indicates the covariant derivative,
  • symbolizes the d’Alembert operator.
Combining Eqs. (2)-(4), we get the general field equations given by
Since the trace of the Einstein tensor is null, we get after multiplying on both sides of the above equation as
.
It is interesting to note that the nature of the total EMT in this theory remains conserved as same as in the case.
We adopt a spherical geometry whose interior is distinguished by the outer region through the hypersurface . The metric representing the inner distribution is given by
,
where and . Since we are aimed at investigating the complexity within a self-gravitating system, the anisotropic fluid content is assumed and expressed by the following EMT
,
where being the energy density, is the radial and is the tangential component of the fluid pressure, denotes the four-velocity and indicates the four-vector. The expressions for the last two quantities become in terms of the metric (6) as
,
following some particular relations such as 0 , and . Combining Eqs. (5)-(7) yield non-zero components of the field equations as
where’ means . Moreover, from the conservation equation , we get the following expression that is valid in Jordan frame (see [69] for a detailed explanation) as
,
where is the anisotropic factor. Equation (12) is referred to the generalized Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) for the anisotropic matter setup [70].
In order to make our findings expressive, we must choose a modified model among ones suggested in the literature.
Many early universe inflation models rely on scalar fields present in supergravity and superstring theories. However, Starobinsky proposed a different inflation model [71]. This scenario, unlike models like ‘old inflation’ [72,73], avoids the graceful exit problem. Additionally, it predicts the spectra of gravitational waves which are almost scale-invariant and also observes anisotropy in the temperature, found to be align with CMB observations [74,75]. The Starobinsky model is defined as
,
where being a positive constant and . The second term of the above model involving second-order Ricci scalar well explains the cosmic exponentially expanding phase. After a comprehensive analysis of this model in the context of compact stars, researchers deduced that the physically relevant results can be obtained only for [76].
Defining the mass function of a static sphere using Misner-Sharp notion, we express as follows
,
whose alternative expression in the form of modified energy density (9) is
.
The term used in Eq. (12) can be determined by joining (10) and (14). This takes the form
Incorporating the above value in Eq. (12) leads to
The junction conditions, which involve smoothly matching the interior and exterior metrics at the surface boundary, can be formulated to determine a complete solution which helps in understanding structural evolution in a well manner. For the outer geometry, we consider the Schwarzschild metric given by
Smooth matching of these metrics could not be possible without taking the following relations into account at . They are obtained from the two fundamental forms of junction conditions given by
.
The first two of the above equations just equate the temporal/radial metric components of both outer and inner spacetimes, while the last one guarantees no radial pressure at the boundary.

3 Structure scalars

The notion of complexity in self-gravitating systems has become a focal point in astrophysics. Numerous definitions of complexity exist in the literature, and one proposal suggests that a structure with an isotropic and homogeneous distribution should have zero complexity. This implies that a complexity factor essentially quantifies the relationship between inhomogeneous energy density and pressure anisotropy. Herrera [46] introduced a definition based on these factors by orthogonally splitting the Riemann tensor [47,48] and selecting one of them as the complexity factor. This section provides a brief overview of the procedure for obtaining the complexity factor, which is linked to abovementioned physical parameters.
The following equation splits the Riemann tensor given by
,
where symbolizes the Weyl tensor. Further, we define the two tensors as follows
,
,
where being the Levi-Civita symbol and . Equations (21) and (22) can also be expressed in an alternate form as
,
.
Here, is named as the projection tensor. Performing some straightforward but lengthy calculations with Eqs. (20)-(24), we get four scalars as
,
П,
,
П.
All physical factors in the above scalars are known except , indicating the electric part of the Weyl tensor and given by
.
We observe these scalar functions are to be linked with physical characteristics of a celestial structure, encompassing homogeneous/inhomogeneous density and anisotropy. Equations (25)-(28) contribute in understanding the evolutionary profile of a self-gravitating structure in the following way.
  • explains how the homogeneous energy density affects the fluid distribution.
  • determines the inhomogeneity in the density.
  • the local anisotropy is controlled by the factor .
  • plays the role of both and .
Our objective is to select the complexity factor from the above four scalars. The form of in Eq. (28) demonstrates that this factor alone incorporates all the necessary parameters, expressed as
It must be noted that this factor becomes null when assuming an isotropic and homogeneous matter content. Further, the formula for Tolman mass has been recently proposed, helping in providing an estimate of the total mass energy of a structure without guaranteeing its localization [77]. We now express this mass function within the modified theory as follows
,
that becomes after some necessary calculations as
This highlights the significant implications arising from the second integral, delineating the influence of fluid parameters on the Tolman mass. Equation (32) further takes the form when combining with the scalar (30) as follows
which relates the complexity factor with the Tolman mass.
It is crucial to emphasize that the system with null complexity is not solely characterized by an isotropic and homogeneous configuration. In fact, Eq. (30) also explains such a structure ( ) under the following constraint
implying the existence of a large number of solutions that satisfy it [68]. Since this condition is same as a non-local equation of state [78], it proves to be very advantageous in formulating solutions to the equations of motion (2). The possibility of fulfilling this condition in a real spherically symmetric configuration is an intriguing avenue for further discussion. We intend to delve into this aspect by considering scenarios where the anisotropic can arise naturally, such as in the presence of exotic matter distributions or strong gravitational fields near compact objects like neutron stars or black holes. Exploring such scenarios can shed light on the applicability and consequences of the condition (34) in realistic astrophysical interiors. Therefore, as defined in [43], nullifying this may correspond to very different systems.

4 Physical conditions for compact models

Various proposals have been discussed in the literature to address the field equations illustrating physically relevant compact bodies. Nevertheless, if such solutions fall short of meeting acceptability criteria, they cease to be relevant for modeling real compact stars. Numerous conditions in
this context have been suggested and adhered to by various researchers [79,80]. Some of these conditions are outlined below.
  • The radial/temporal metric functions should exhibit finiteness, free of singularities and remain positive everywhere in a self-gravitating fluid interior.
  • The matter variables, including energy density and pressure, must reach their maximum at the center ( ), exhibiting positively finite trend across the entire domain. Additionally, their first-order derivatives needed to be null at and follows negative profile towards the boundary.
  • In a compact body, the particles are arranged in a certain manner. This arrangement tells how much these particles are closed to each other, ultimately defining the compactness of that system. One can also define it as the mass to radius ratio which necessarily be lower than the proposed limit for spherical fluid distribution given by [81,82]
  • Bearing an ordinary matter by the interior of a celestial body can be guaranteed through the satisfaction of some constraints. They are referred to the energy conditions which are in fact linear combinations of fluid parameters in the . In the fluid setup under consideration, these constraints take the following form
Among all the above conditions, the dominant energy bounds (i.e., and ) are crucial, demanding the energy density to be greater than both radial/tangential pressures everywhere.
  • The gravitational redshift can be defined in the interior fluid configuration as . Given that this factor depends solely on metric potential, it is imperative for it to decrease outwards. Additionally, its value must not exceed 5.211 at for the model to be considered acceptable [81].
  • To assess the system’s stability just deviated from the hydrostatic equilibrium has garnered significant attention in modern research. Herrera et al. [83,84] introduced the concept of cracking, occurring within the fluid when the total force in the radial direction switches its sign at a specific point due to some external disturbances. The avoidance of cracking relies on the satisfaction of the
    following inequality
where being the tangential and indicates the radial sound speed.

5 Formation of different models

Various models have been proposed by different researchers to derive solutions to the field equations. For instance, Herrera [46] presented such solutions by incorporating two constraints: the Gokhroo-Mehra ansatz, and the polytropic equation, along with the condition of a vanishing complexity factor. We formulate three solutions by taking different conditions among all of them and examine their physical properties in the subsequent subsections.

5.1 Vanishing complexity condition with null radial pressure

There are five unknowns ( ) in the field equations (9)-(11), requiring additional constraints for obtaining a unique solution. To simplify the system, we impose the constraints and , representing a spherical solution with only tangential pressure, as suggested by Florides [85]. The former condition yields from Eq. (10) as
and the complexity-free constraint takes the form after combining with Eqs. (9), (11) and (34) as
$left.left.+r eta_{1}^{prime 2}+4 eta_{1}^{prime}right}^{2}right]left[pi alpha r^{-1} e^{-eta_{2}}left{2 rleft(eta_{1}^{prime prime}-2 e^{eta_{2}}+2right)right.right.$
$left.-eta_{2}^{prime}left(r eta_{1}^{prime}+4right)+r eta_{1}^{prime 2}+4 eta_{1}^{prime}right}$
$+2 pi]^{-1}-frac{3 r}{pi}left[2 eta_{1}^{prime 2}left{16 alpha+6 alpha r^{2} eta_{2}^{prime prime}right.right.$
$-2 alpha r^{2}left(2 e^{eta_{2}}+1right) eta_{1}^{prime prime}-8 alpha r^{2} e^{eta_{2}}+4 alpha r^{2} e^{2 eta_{2}}$
$left.+4 alpha r^{2}-r^{2} e^{2 eta_{2}}-8 alpha e^{eta_{2}}right}$
$-alpha eta_{2}^{prime 2}left{4left(4left(3 r^{2}+e^{eta_{2}}-2right)+11 r^{2} eta_{1}^{prime prime}right)+left(2 e^{eta_{2}}+15right)right.$
$left.times r^{2} eta_{1}^{prime 2}+12 rleft(e^{eta_{2}}+6right) eta_{1}^{prime}right}$
$+2 eta_{2}^{prime}left{eta_{1}^{prime}left(4 alpha r^{2}left(e^{eta_{2}}+6right) eta_{1}^{prime prime}right.right.$
$-32 alpha-14 alpha r^{2} eta_{2}^{prime prime}+4 alpha r^{2}$
$left.+8 alpha r^{2} e^{eta_{2}}-4 alpha r^{2} e^{2 eta_{2}}+r^{2} e^{2 eta_{2}}+16 alpha e^{eta_{2}}right)$
$+alpha r^{2}left(2 e^{eta_{2}}+1right) eta_{1}^{prime 3}+2 rleft(8 alpha-28 alpha eta_{2}^{prime prime}right.$
$+2 alphaleft(3 e^{eta_{2}}+14right) eta_{1}^{prime prime}+12 alpha e^{eta_{2}}-4 alpha e^{2 eta_{2}}$
$left.left.+12 alpha r eta_{1}^{(3)}+e^{2 eta_{2}}right)+4 alpha rleft(3 e^{eta_{2}}+2right) eta_{1}^{prime 2}right}$
$-alpha r^{2}left(2 e^{eta_{2}}-1right) eta_{1}^{prime 4}+12 alpha r eta_{2}^{prime 3}left(r eta_{1}^{prime}+4right)$
$+4 rleft{4 alphaleft(2 eta_{2}^{(3)}+rleft(left(e^{eta_{2}}-1right)^{2}-eta_{1}^{(4)}right)right.right.$
$left.-4 eta_{1}^{(3)}right)+8 alpha r eta_{2}^{prime prime}left(eta_{1}^{prime prime}+1right)-alpha rleft(2 e^{eta_{2}}+3right) eta_{1}^{prime prime 2}$
$+rleft(4 alpha-8 alpha e^{eta_{2}}+(4 alpha-1) e^{2 eta_{2}}right)$
$left.times eta_{1}^{prime prime}right}+4 r eta_{1}^{prime}left{8 alpha+2 alpha r eta_{2}^{(3)}+16 alpha eta_{2}^{prime prime}right.$
$-2 alphaleft(3 e^{eta_{2}}+4right) eta_{1}^{prime prime}-6 alpha r eta_{1}^{(3)}-12 alpha e^{eta_{2}}$
$left.left.-e^{2 eta_{2}}+4 alpha e^{2 eta_{2}}right}-4 alpha rleft(3 e^{eta_{2}}-2right) eta_{1}^{prime 3}right]$
$-4 e^{eta_{2}} rleft[4 alpha r eta_{1}^{prime 2}left(2 r^{2} e^{eta_{2}}-2 r^{2} eta_{2}^{prime prime}-r^{2} eta_{1}^{prime prime}right.right.$
$left.-2 r^{2}+4 e^{eta_{2}}-12right)-alpha r^{3} eta_{1}^{prime 4}-12 alpha r^{2} eta_{2}^{prime 3}left(r eta_{1}^{prime}+4right)$
$+alpha r eta_{2}^{prime 2}left(44 r^{2} eta_{1}^{prime prime}+11 r^{2} eta_{1}^{prime 2}right.$
$left.+48 r^{2}+48 r eta_{1}^{prime}-64right)-4 rleft{4left(8 alpha-2 alpha r^{2} e^{eta_{2}}right.right.$
$+alpha r^{2} e^{2 eta_{2}}-alpha r^{2} eta_{1}^{(4)}+alpha r^{2}-12 alpha e^{eta_{2}}$
$+2 alpha r eta_{2}^{(3)}+4 alpha e^{2 eta_{2}}-4 alpha r eta_{1}^{(3)}+2 e^{eta_{2}}$
$left.-e^{2 eta_{2}}right)+8 alpha r^{2} eta_{2}^{prime prime}left(eta_{1}^{prime prime}+1right)-4 alphaleft(left(r^{2}+2right) e^{eta_{2}}right.$
$left.left.-r^{2}-4right) eta_{1}^{prime prime}-3 alpha r^{2} eta_{1}^{prime prime 2}right}-8 alpha r^{2} eta_{1}^{prime 3}$
$+8 alpha eta_{1}^{prime}left(2 r^{3} eta_{1}^{(3)}-6 r^{2} eta_{2}^{prime prime}+4 r^{2} e^{eta_{2}}-r^{3} eta_{2}^{(3)}right.$
$left.+2 r^{2} eta_{1}^{prime prime}-4 r^{2}+8 e^{eta_{2}}-16right)-2 eta_{2}^{prime}left{alphaleft(-r^{3}right) eta_{1}^{prime 3}right.$
$+2 alpha r eta_{1}^{prime}left(9 r^{2} eta_{1}^{prime prime}-2 r^{2}-7 r^{2} eta_{2}^{prime prime}right.$
$left.+2 r^{2} e^{eta_{2}}+4 e^{eta_{2}}-28right)-4 alpha r^{2} eta_{1}^{prime 2}$
$+4left(-16 alpha+6 alpha r^{3} eta_{1}^{(3)}-14 alpha r^{2} eta_{2}^{prime prime}+8 alpha r^{2} e^{eta_{2}}right.$
$left.left.left.+12 alpha r^{2} eta_{1}^{prime prime}-r^{2} e^{eta_{2}}+8 alpha e^{eta_{2}}right)right}right]$
$timesleft[2 rleft{2 alpha+(1-2 alpha) e^{eta_{2}}+alpha eta_{1}^{prime prime}right}-alpha eta_{2}^{prime}left(r eta_{1}^{prime}+4right)right.$
$left.+alpha r eta_{1}^{prime 2}+4 alpha eta_{1}^{prime}right]^{-1}=0$.
Since the higher-order curvature term in the modified model makes the above two equations up to forth-order in terms of the metric potentials, obtaining their analytical solution is not possible. Therefore, we perform the numerical integration on
Eqs. (38) and (39) by choosing some admissible initial conditions and determine both and functions. We check the profile of resulting and in Fig. 1 and find them exhibiting positive and non-singular trend everywhere. Furthermore, their values at the center are consistent with the expected results, as (say ) and . A point where both these functions meet with each other is referred to as the radius or surface boundary of a star. In the case under discussion, we retrieve its different values along with the compactness factor for distinct choices of the model parameter as
  • For , we obtain and the compactness becomes
  • For , we obtain and the compactness becomes
  • For , we obtain and the compactness becomes
In Fig. 2, we explore the trend of the energy density, exhibiting a maximum at and decreasing towards the boundary surface. Additionally, the interior configuration influenced by corrections becomes less dense in comparison with that of [68]. As the system with no radial pressure is associated with Florides’ solution, stability of the system under consideration can be maintained only if the tangential pressure exhibits a positively increasing trend with increasing radius. The right plot of the same figure illustrates the behavior of , which aligns with the needful result. Moreover, the anisotropy is viewed to be just opposite to the tangential pressure as in this case we have (lower plot).
The energy conditions, depicted in Fig. 3, manifest an acceptable behavior, affirming the viability of the first resulting solution. In Fig. 4 (left), the gravitational redshift is illustrated, showcasing a decrease with increasing , with its surface value calculated as
Fig. 1 Metric functions (red) and (blue) for (upper left), 0.3 (upper right) and 0.4 (lower) corresponding to Model I
corresponding to , respectively. This value is significantly lower than its observationally found upper limit, i.e., . We also examine stability criterion in Fig. 4 (right), revealing that cracking is not occurred in the developed model anywhere, and hence, maintains stability.

5.2 Polytrope admitting vanishing complexity

The polytrope associated with the anisotropic matter distribution plays a significant role in modern research. Various authors have discussed and investigated the polytropic solutions in different gravitational proposals [31-33]. In order to get a solution to the field equations (9)-(11), we consider a polytropic equation of state coupled with the vanishing complexity factor. Although a brief discussion of a polytropic model can be seen in [46], we comprehensively elaborate the corresponding solution through pictorial analysis. We introduce the above two conditions mathematically to proceed as
where
  • symbolizes the polytropic constant,
  • indicates the polytropic index,
  • is the polytropic exponent.
The two constraints given in Eq. (40) produce highly nonlinear equations in and as
Fig. 2 Matter variables and anisotropy for (red), 0.3 (blue) and 0.4 (black) corresponding to Model I
Fig. 3 Energy bounds for (red), 0.3 (blue) and 0.4 (black) corresponding to Model I
Fig. 4 Redshift and cracking for (red), 0.3 (blue) and 0.4 (black) corresponding to Model I











Fig. 5 Metric functions (red) and (blue) for (upper left), 0.3 (upper right) and 0.4 (lower) corresponding to Model II














.
We fix and to calculate and by solving Eqs. (41) and (42). Since these equations are solved numerically, we plot the graphical behavior of both resulting metric functions in Fig. 5 (showing an acceptable profile) rather than obtaining their expressions. Furthermore, it is found that (a positive constant) and . The surface boundary along with the compactness factor for different values of are
  • For , we obtain and the compactness becomes
  • For , we obtain and the compactness becomes
Fig. 6 Matter variables and anisotropy for (red), 0.3 (blue) and 0.4 (black) corresponding to Model II
  • For , we obtain and the compactness becomes
Figure 6 depicts the trend of the energy density and radial/tangential pressures in relation with the radial coordinate for chosen parametric values. They are found to attain their maximum at the core and minimum at the boundary followed by a monotonically decreasing behavior. For every choice of , the radial pressure disappears at its respective interface (upper left plot). We interpret the plots of all the energy conditions whose satisfaction is seen in Fig. 7, except for . Hence, they characterize a physically viable solution only for and 0.3 .
We present the gravitational redshift corresponding to this model in the left plot of Fig. 8, following decreasing trend
when increases. For and 0.4 , this factor takes the values and , respectively. The stable region is also investigated in the same figure from which we find that the cracking occurs only for . Hence, the system is not stable for this value. However, the other two values provide physically stable interiors, unlike the results obtained in [68].
A more suited approach for solving differential equations is to transform them into dimensionless form. To achieve this, we introduce new variables that offer the original variables as dimensionless quantities. Let us propose these variables as
Fig. 7 Energy bounds for (red), 0.3 (blue) and 0.4 (black) corresponding to Model II
4 where and are the central radial pressure and central energy density, respectively. At (or ), we have . When combining the above variables with the mass function (15) and generalized TOV equation (17), they take the following form
As there exist two differential equations represented by (45) and (46) involving the variables and , one additional
Fig. 8 Redshift and cracking for (red), 0.3 (blue) and 0.4 (black) corresponding to Model II
condition is required to determine them uniquely. To address this requirement, we opt for the condition , which, when expressed in the variables (43) and (44), can be stated as follows
Given that and are already known, the count of equations matches that of unknowns. Consequently, a unique solution is obtained through numerical integration, utilizing the initial conditions provided by
.
We set the constant and examine the graphical trend of the three aforementioned unknowns with respect to , while varying the values of . In Fig. 9 (upper left), the behavior of the energy density is illustrated, reaching its maximum at and decreasing outward, indicative of well-behaved polytropes. The corresponding mass displays a consistently increasing pattern, inversely related to (shown in the upper right plot). The lower graph demonstrates anisotropy, diminishing at the core and exhibiting negative behavior towards the spherical surface for all opted values of .

5.3 Vanishing complexity condition with a non-local equation of state

Hernández and Núñez [78] proposed a particular equation connecting the radial pressure with the energy density and the integral term (which also appears in the definition of the complexity factor (30)), known as the non-local equation of state. Its expression alongside the complexity-free constraint are provided in the following
where being a constant. To avoid singularity at the core of a star, we impose this constant to be zero. The above (left) equation may be expressed by joining with the interior mass (15) as
Fig. 9 Variation of and for (red), 0.06 (blue) and 0.07 (black) corresponding to Model II
However, condition remains the same as defined in Eq. (42). Hence, both these equations are enough to obtain the solution to Eqs. (9)-(11). It should also be mentioned that Eqs. (42) and (49) are higher-order differential equations in metric components, thus we must solve it numerically as already perform in both previous models.
Figure 10 illustrates the non-singular, positive and finite profile of and , signifying physically acceptable potentials. Additionally, we establish and at the center, and they converge at a single point highlighted in the following
  • For , we obtain and the compactness becomes
  • For , we obtain and the compactness becomes
  • For , we obtain and the compactness becomes
Figure 11 depicts the acceptable nature of fluid triplet, exhibiting a positive maximum behavior at the core and subsequently decreasing outward. Notably, an outward trend of results in negative anisotropy, as evident in the lower right plot. Figure 12 illustrates the satisfaction of energy bounds, confirming the viability of the developed model containing ordinary matter. In Fig. 13 (left), the interior redshift is presented, decreasing with increasing and reaching a value at the boundary as and for and 0.4 , respectively. The cracking condition, displayed in the right plot, takes negative values within the range everywhere in the interior. Consequently, our developed solution for the constraints (34) and (48), is deemed stable, consistent with [68].
Fig. 10 Metric functions (red) and (blue) for (upper left), 0.3 (upper right) and 0.4 (lower) corresponding to Model III
Fig. 11 Matter variables and anisotropy for (red), 0.3 (blue) and 0.4 (black) corresponding to Model III
Fig. 12 Energy bounds for (red), 0.3 (blue) and 0.4 (black) corresponding to Model III

6 Conclusions

The objective of this article is to propose various solutions to the Einstein field equations within the context of theory. To achieve this goal, we have taken a static spherical interior metric into account, and determined both the modified field equations and the condition for a system to be in the hydrostatic equilibrium. Additionally, we have represented the spherical mass in terms of the geometric entity as well as the energy density. The exterior geometry has been defined by the Schwarzschild metric for calculating the compactness
factor. Furthermore, we have orthogonally split the curvature tensor, leading to the derivation of four distinct scalars accompanying various physical quantities. It was observed that a factor denoted as incorporates density inhomogeneity, anisotropy and modified corrections, prompting its adoption as the complexity factor for the considered fluid distribution, in line with Herrera’s proposed definition [46].
As the field equations (9)-(11) involve five unknowns, specifically, a fluid triplet and metric potentials, therefore, we have introduced certain constraints to facilitate the solvability of the system. The first constraint adopted is the complexity-
Fig. 13 Redshift and cracking for (red), 0.3 (blue) and 0.4 (black) corresponding to Model III
free condition as expressed in Eq. (34). Additionally, we have implemented three constraints, namely, , a polytropic and a non-local equation of state, serving as the second condition, thereby resulting in different models. The geometric sector ( ) has been solved by integrating the corresponding equations in each scenario through numerical approach, along with specified feasible initial conditions. Subsequently, we have outlined several physical conditions such as the gravitational redshift, compactness and stability criteria, the fulfillment of which yields realistic self-gravitating models.
The matter sector, encompassing the energy density and pressure, associated with each solution, exhibits acceptable behavior, characterized by a maximum at and a subsequent decrease outward. Both the compactness and interior redshift have been observed to be within the acceptable limits. All solutions have met the viability criterion except one corresponding to a polytropic equation of state only for , as evidenced by the satisfaction of energy conditions (Figs. 3, 7 and 12). Notably, the cracking condition is satisfied only by solutions corresponding to and a non-local equation of state for all the chosen values of the model parameter (Figs. 4 and 13). However, the second solution is stable only for and 0.3 because we have observed the occurrence of cracking for (Fig. 8). It is important to note that our derived solutions for the first and third models comply with those presented in [68]. However, the second and third models are found to deviate from the charged scenario [55].
Funding This research received no external funding.
Data Availability Statement This manuscript has no associated data or the data will not be deposited. [Authors’ comment: This is a theoretical study and no experimental data has been listed.]
Code Availability Statement My manuscript has no associated code/ software. [Author’s comment: Figures 1-13 were generated using a Mathematica program which is available from the authors upon request.]
Open Access This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the article’s Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit http://creativecomm ons.org/licenses/by/4.0/.
Funded by SCOAP .

References

  1. A.G. Riess et al., Astron. J. 116, 1009 (1998)
  2. S. Perlmutter et al., Astrophys. J. 517, 565 (1999)
  3. M. Tegmark et al., Phys. Rev. D 69, 103501 (2004)
  4. C.L. Bennett et al., Astrophys. J. 583, 1 (2003)
  5. D.N. Spergel et al., Astrophys. J. Suppl. Ser. 148, 175 (2003)
  6. R.R. Caldwell, Phys. Lett. B 545, 23 (2002)
  7. S. Nojiri, S.D. Odintsov, Phys. Lett. B 565, 1 (2003)
  8. A. Sen, J. High Energy Phys. 04, 048 (2002)
  9. V. Gorini, A. Kamenshchik, U. Moschella, Phys. Rev. D 67, 063509 (2003)
  10. S. Nojiri, S.D. Odintsov, Phys. Rev. D 74, 086005 (2006)
  11. S. Capozziello, P. Martin-Moruno, C. Rubano, Phys. Lett. B 664, 12 (2008)
  12. S. Nojiri, S.D. Odintsov, TSPU Bulletin N8(110), 7 (2011)
  13. A.D. Felice, S. Tsujikawa, Living Rev. Relativ. 13, 3 (2010)
  14. J.L. Said, K.Z. Adami, Phys. Rev. D 83, 043008 (2011)
  15. S.K. Tripathy, B. Mishra, Eur. Phys. J. Plus 131, 273 (2016)
  16. A.S. Agrawal, S.K. Tripathy, B. Mishra, Chin. J. Phys. 71, 333 (2021)
  17. A.V. Astashenok, S. Capozziello, S.D. Odintsov, Phys. Lett. B 742, 160 (2015)
  18. G. Mustafa, I. Hussain, M.F. Shamir, Universe 6, 48 (2020)
  19. M.F. Shamir, A. Malik, G. Mustafa, Chin. J. Phys. 73, 634 (2021)
  20. L. Herrera, N.O. Santos, Phys. Rep. 286, 53 (1997)
  21. J. Ovalle, Phys. Rev. D 95, 104019 (2017)
  22. J. Ovalle, R. Casadio, R. da Rocha, A. Sotomayor, Eur. Phys. J. C 78, 122 (2018)
  23. L. Herrera, Phys. Rev. D 101, 104024 (2020)
  24. L. Herrera, J. Ospino, A. Di Prisco, Phys. Rev. D 77, 027502 (2008)
  25. G. Abellán, P. Bargueño, E. Contreras, E. Fuenmayor, Int. J. Mod. Phys. D 29, 2050082 (2020)
  26. S. Chandrasekhar, Mon. Not. R. Astron. Soc. 93, 390 (1933)
  27. F.K. Liu, Mon. Not. R. Astron. Soc. 281, 197 (1996)
  28. G. Abellán, E. Fuenmayor, L. Herrera, Phys. Dark Universe 28, 100549 (2020)
  29. R.F. Tooper, Astrophys. J. 140, 434 (1964)
  30. S.A. Bludman, Astrophys. J. 183, 637 (1973)
  31. L. Herrera, W. Barreto, Phys. Rev. D 88, 084022 (2013)
  32. L. Herrera, A. Di Prisco, W. Barreto, J. Ospino, Gen. Relativ. Gravit. 46, 1827 (2014)
  33. G. Abellán, E. Fuenmayor, E. Contreras, L. Herrera, Phys. Dark Universe 30, 100632 (2020)
  34. K.R. Karmarkar, Proc. Indian Acad. Sci. Sect. A 27, 56 (1948)
  35. K.N. Singh, S.K. Maurya, F. Rahaman, F. Tello-Ortiz, Eur. Phys. J. C 79, 381 (2019)
  36. J. Ospino, L.A. Núñez, Eur. Phys. J. C 80, 166 (2020)
  37. G. Mustafa et al., Phys. Dark Universe 31, 100747 (2021)
  38. A. Ramos, C. Arias, E. Fuenmayor, E. Contreras, Eur. Phys. J. C 81, 203 (2021)
  39. M. Sharif, T. Naseer, Phys. Scr. 97, 055004 (2022)
  40. M. Sharif, T. Naseer, Phys. Scr. 97, 125016 (2022)
  41. L. Herrera, A. Di Prisco, J. Ospino, E. Fuenmayor, J. Math. Phys. 42, 2129 (2001)
  42. T. Naseer, M. Sharif, A. Fatima, S. Manzoor, Chin. J. Phys. 86, 350 (2023)
  43. R. López-Ruiz, H.L. Mancini, X. Calbet, Phys. Lett. A 209, 321 (1995)
  44. X. Calbet, R. López-Ruiz, Phys. Rev. E 63, 066116 (2001)
  45. C.P. Panos, N.S. Nikolaidis, K.C. Chatzisavvas, C.C. Tsouros, Phys. Lett. A 373, 2343 (2009)
  46. L. Herrera, Phys. Rev. D 97, 044010 (2018)
  47. L. Bel, Ann. Inst. Henri Poincaré 17, 37 (1961)
  48. L. Herrera, J. Ospino, A. Di Prisco, E. Fuenmayor, O. Troconis, Phys. Rev. D 79, 064025 (2009)
  49. L. Herrera, A. Di Prisco, J. Ospino, Phys. Rev. D 98, 104059 (2018)
  50. L. Herrera, A. Di Prisco, J. Ospino, Phys. Rev. D 99, 044049 (2019)
  51. M. Sharif, T. Naseer, Eur. Phys. J. Plus 137, 1304 (2022)
  52. M. Sharif, T. Naseer, Class. Quantum Gravity 40, 035009 (2023)
  53. M. Sharif, T. Naseer, Phys. Dark Universe 42, 101324 (2023)
  54. M. Sharif, T. Naseer, Ann. Phys. 453, 169311 (2023)
  55. M. Sharif, T. Naseer, Chin. J. Phys. 86, 596 (2023)
  56. M. Sharif, T. Naseer, Ann. Phys. 459, 169527 (2023)
  57. G. Abbas, H. Nazar, Eur. Phys. J. C 78, 510 (2018)
  58. G. Abbas, H. Nazar, Eur. Phys. J. C 78, 957 (2018)
  59. R. Manzoor, W. Shahid, Phys. Dark Universe 33, 100844 (2021)
  60. M. Sharif, T. Naseer, Chin. J. Phys. 77, 2655 (2022)
  61. M. Sharif, T. Naseer, Eur. Phys. J. Plus 137, 947 (2022)
  62. Z. Yousaf et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 495, 4334 (2020)
  63. Z. Yousaf, M.Z. Bhatti, T. Naseer, Ann. Phys. 420, 168267 (2020)
  64. Z. Yousaf, M.Z. Bhatti, T. Naseer, Int. J. Mod. Phys. D 29, 2050061 (2020)
  65. Z. Yousaf et al., Phys. Dark Universe 29, 100581 (2020)
  66. Z. Yousaf, M.Z. Bhatti, T. Naseer, Phys. Dark Universe 28, 100535 (2020)
  67. Z. Yousaf, M.Z. Bhatti, T. Naseer, Eur. Phys. J. Plus 135, 353 (2020)
  68. C. Arias, E. Contreras, E. Fuenmayor, A. Ramos, Ann. Phys. 436, 168671 (2022)
  69. T. Koivisto, Class. Quantum Gravity 23, 4289 (2006)
  70. K. Kainulainen, J. Piilonen, V. Reijonen, D. Sunhede, Phys. Rev. D 76, 024020 (2007)
  71. A.A. Starobinsky, Phys. Lett. B 91, 99 (1980)
  72. D. Kazanas, Astrophys. J. 241, L59 (1980)
  73. A.H. Guth, Phys. Rev. D 23, 347 (1981)
  74. A.A. Starobinsky, J. Exp. Theor. Phys. Lett. 30, 682 (1979)
  75. A.A. Starobinsky, Sov. Astron. Lett. 9, 302 (1983)
  76. M. Zubair, G. Abbas, Astrophys. Space Sci. 361, 342 (2016)
  77. R.C. Tolman, Phys. Rev. 35, 875 (1930)
  78. H. Hernández, L.A. Núñez, Can. J. Phys. 82, 29 (2004)
  79. M.S.R. Delgaty, K. Lake, Comput. Phys. Commun. 115, 395 (1998)
  80. B.V. Ivanov, Eur. Phys. J. C 77, 738 (2017)
  81. H.A. Buchdahl, Phys. Rev. 116, 1027 (1959)
  82. A. Alho, J. Natário, P. Pani, G. Raposo, Phys. Rev. D 106, L041502 (2022)
  83. L. Herrera, Phys. Lett. A 165, 206 (1992)
  84. H. Abreu, H. Hernández, L.A. Núñez, Class. Quantum Gravity 24, 4631 (2007)
  85. P.S. Florides, Proc. R. Soc. Lond. A Math. Phys. Sci. 337, 529 (1974)