DOI: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-026-15351-6
تاريخ النشر: 2026-03-03
المؤلف: Asifa Ashraf وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الكون ونظريات الجاذبية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، نحقق في نماذج الثقب الدودي القابل للاجتياز على غرار موريس-ثورني، والتي تتميز بدالة انزياح حمراء ثابتة، موصوفة كتوزيع سائل ثابت نسبي في إحداثيات شوارزشيلد، متأثرة بشحنة أحادية عالمية ضمن جاذبية أينشتاين ذات الأبعاد D. نقوم بتحليل ثلاث دوال شكل متميزة مدعومة بتكوين سائل غير متجانس. تشير نتائجنا إلى أنه بينما يتم انتهاك شرط الطاقة الصفري الشعاعي (NEC) بشكل عام بالقرب من الحلق، فإن المكونات المماسّة تلبي شروط الاستقرار تحت اختيارات معينة للمعلمات. من الجدير بالذكر أن الكتلة الجاذبية النشطة تصبح سالبة بالقرب من الحلق، مما يشير إلى وجود مادة غريبة (EM)، بينما يساهم معامل عدم التجانس الإيجابي في استقرار الحلق. تتجاوز المؤشرات الأديباتية العتبة النسبية، مما يدعم استقرار تكوينات الثقب الدودي.
يكشف التحليل الرسومي أن معامل الأحادية العالمية يؤثر بشكل كبير على حجم الحلق وملف الانحناء، حيث تؤدي القيم الأكبر إلى حلقات أوسع وتضمينات أكثر سلاسة، مما يعزز الاستقرار. تشير تحليل عوامل التعقيد لدينا إلى أن هندسات الثقب الدودي تتطور نحو الحد الأدنى من التعقيد عند مسافات شعاعية كبيرة، مما يشير إلى أن الضغوط غير المتجانسة ومساهمات EM تتركز بشكل أساسي بالقرب من الحلق. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد الدراسة أن استقرار نماذج الثقب الدودي يتم الحفاظ عليه حيث تبقى كلا المؤشرين الأديباتيين فوق العتبة الحرجة \(4/3\). بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية شحنة الأحادية العالمية في التخفيف من انتهاكات شروط الطاقة وتسلط الضوء على السلوك الواعد لدوال الشكل التي تم فحصها في سياق هندسات الزمكان المعدلة وآثارها على علم الكونيات.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث قيود النسبية العامة لأينشتاين (GR) في تفسير التوسع المتسارع للكون، والذي يُعزى إلى الطاقة المظلمة (DE) والمادة المظلمة (DM). حوالي 95% من محتوى الكون غير مضيء، مما يستلزم تعديلات على GR لتفسير هذه الظواهر. تم اقتراح مجموعة متنوعة من الأساليب، بما في ذلك التعديلات على قطاع المادة بمكونات غريبة وتغييرات في الجانب الهندسي للجاذبية، مثل جاذبية $f(R)$، التي توسع المقياس ريتشي في فعل أينشتاين-هيلبرت. تهدف هذه النظريات المعدلة إلى معالجة كل من التسارع الكوني المبكر والمتأخر وقد تم دراستها بشكل مكثف لجدواها وآثارها في علم الكونيات.
تسلط الورقة أيضًا الضوء على استكشاف الثقوب الدودية القابلة للاجتياز (WHs) ضمن أطر الجاذبية المعدلة، مع التركيز على التحديات التي تطرحها شروط الطاقة التي تتطلب مادة غريبة للحفاظ على الاستقرار. ركزت الأبحاث الأخيرة على بناء نماذج WH باستخدام صيغة القشرة الرقيقة وتحليل استقرارها تحت نظريات جاذبية مختلفة. يقترح المؤلفون التحقيق في هندسات WH على غرار موريس-ثورني ضمن تمديد ذي أبعاد D لجاذبية أينشتاين، مع دمج شحنات أحادية عالمية وثوابت كونية. تهدف هذه الدراسة إلى تحديد متطلبات الطاقة والزخم لدعم حلقات WH واستكشاف آثار التعديلات البُعدية على عوامل الاستقرار والتعقيد، مما يوفر في النهاية تحليلًا شاملاً لمفاهيم WH ذات الأبعاد D من خلال الأساليب التحليلية والعددية.
نقاش
في هذا القسم، يناقش المؤلفون آثار دمج أحادية عالمية في نماذج الثقوب الدودية القابلة للاجتياز على غرار موريس-ثورني، مع التركيز على تلبية أو انتهاك شروط الطاقة الكلاسيكية (NEC، WEC، SEC، DEC) الضرورية للجدوى الفيزيائية لهذه النماذج. يستخدم التحليل ثلاثة نماذج مختلفة لدوال الشكل، كل منها ينتج هندسات WH فريدة مع الالتزام بالشروط الضرورية مثل شروط الحلق والانفجار. تعدل وجود الأحادية من موتر الطاقة والزخم الفعال، مما يؤثر على الضغوط الشعاعية والمماسّة ودرجة انتهاكات شروط الطاقة. تكشف الدراسة أنه بالنسبة للثقوب الدودية القابلة للاجتياز، يجب انتهاك NEC الشعاعي، مما يشير إلى ضرورة وجود مادة غريبة (EM) للحفاظ على الهيكل.
يستخرج المؤلفون تعبيرات لكثافة الطاقة، والضغط الشعاعي، والضغط المماس لكل نموذج من نماذج دوال الشكل، موضحين أن NEC الشعاعي يتم انتهاكه باستمرار عند الحلق، بينما يمكن أن تظل المكونات المماسّة إيجابية تحت اختيارات معينة للمعلمات. يعتبر هذا السلوك ضروريًا للحفاظ على القابلية للاجتياز. بالإضافة إلى ذلك، يتم استكشاف مفهوم الكتلة الجاذبية النشطة، مما يكشف أنها يمكن أن تأخذ قيمًا سالبة بالقرب من الحلق، مما يبرز دور EM بشكل أكبر. يتم أيضًا تحليل عامل التعقيد، الذي يحدد درجة عدم التجانس واللامتجانس، حيث يظهر انخفاضًا مع زيادة المسافة الشعاعية، مما يشير إلى أن آثار عدم التجانس ومساهمات EM تتناقص في النظام الحدّي. أخيرًا، تشير تحليلات الاستقرار المستندة إلى معامل عدم التجانس والمؤشر الأديباتي إلى أن تكوينات WH يمكن أن تظهر سلوكًا مستقرًا تحت ظروف مناسبة، مما يعزز جدواها الفيزيائية المحتملة.
DOI: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-026-15351-6
Publication Date: 2026-03-03
Author(s): Asifa Ashraf et al.
Primary Topic: Cosmology and Gravitation Theories
Overview
In this study, we investigate Morris-Thorne-like traversable wormhole (WH) models characterized by a constant redshift function, described as a relativistic static fluid distribution in Schwarzschild-type coordinates, influenced by a global monopole charge within D-dimensional Einstein gravity. We analyze three distinct shape functions supported by an anisotropic fluid configuration. Our findings indicate that while the radial null energy condition (NEC) is generally violated near the throat, the tangential components satisfy the conditions for stability under specific parameter choices. Notably, the active gravitational mass becomes negative near the throat, suggesting the presence of exotic matter (EM), while a positive anisotropy parameter contributes to throat stability. The adiabatic indices exceed the relativistic threshold, further supporting the stability of the WH configurations.
The graphical analysis reveals that the global monopole parameter significantly affects the throat size and curvature profile, with larger values leading to wider throats and smoother embeddings, enhancing stability. Our complexity factor analysis indicates that WH geometries evolve toward minimal complexity at large radial distances, suggesting that anisotropic stresses and EM contributions are primarily localized near the throat. Additionally, the study confirms that the stability of the WH models is maintained as both adiabatic indices remain above the critical threshold of \(4/3\). Overall, the results underscore the importance of the global monopole charge in mitigating energy condition violations and highlight the promising behavior of the examined shape functions in the context of modified spacetime geometries and their implications for cosmology.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the limitations of Einstein’s general relativity (GR) in explaining the accelerated expansion of the universe, which is attributed to dark energy (DE) and dark matter (DM). Approximately 95% of the universe’s content is non-luminous, necessitating modifications to GR to account for these phenomena. Various approaches have been proposed, including modifications to the matter sector with exotic components and alterations to the geometric aspect of gravity, such as $f(R)$ gravity, which extends the Ricci scalar in the Einstein-Hilbert action. These modified theories aim to address both early and late-time cosmic acceleration and have been extensively studied for their viability and implications in cosmology.
The paper also highlights the exploration of traversable wormholes (WHs) within modified gravity frameworks, emphasizing the challenges posed by energy conditions that require exotic matter to maintain stability. Recent research has focused on constructing WH models using thin-shell formalism and analyzing their stability under various gravitational theories. The authors propose to investigate Morris-Thorne-like WH geometries within a D-dimensional extension of Einstein gravity, incorporating global monopole charges and cosmological constants. This study aims to quantify the energy-momentum requirements for supporting WH throats and to explore the effects of dimensional modifications on stability and complexity factors, ultimately providing a comprehensive analysis of D-dimensional WH concepts through analytical and numerical methods.
Discussion
In this section, the authors discuss the implications of incorporating a global monopole into Morris-Thorne-like wormhole (WH) models, focusing on the satisfaction or violation of classical energy conditions (NEC, WEC, SEC, DEC) crucial for the physical viability of these models. The analysis employs three distinct shape function models, each producing unique WH geometries while adhering to necessary conditions such as the throat and flareout conditions. The presence of the monopole modifies the effective energy-momentum tensor, influencing the radial and tangential pressures and the degree of energy condition violations. The study reveals that for traversable WHs, the radial NEC must be violated, indicating the necessity of exotic matter (EM) to sustain the structure.
The authors derive expressions for energy density, radial pressure, and tangential pressure for each shape function model, demonstrating that the radial NEC is consistently violated at the throat, while the tangential components can remain positive under certain parameter choices. This behavior is essential for maintaining traversability. Additionally, the concept of active gravitational mass is explored, revealing that it can take negative values near the throat, further emphasizing the role of EM. The complexity factor, which quantifies the degree of anisotropy and inhomogeneity, is also analyzed, showing a decrease with increasing radial distance, suggesting that the effects of anisotropy and EM contributions diminish in the asymptotic regime. Finally, stability analyses based on the anisotropy parameter and adiabatic index indicate that the WH configurations can exhibit stable behavior under appropriate conditions, reinforcing their potential physical feasibility.