anisotropic stellar structures in the theory of gravity...

14
f (T) Anisotropic stellar structures in the theory of gravity with quintessence via embedding approach Allah Ditta 1Mushtaq Ahmad 2Ibrar Hussain 3§ G. Mustafa 41 Department of Mathematics, COMSATS University Islamabad, Lahore Campus, Pakistan 2 National University of Computer and Emerging Sciences, Chiniot-Faisalabad Campus, Pakistan 3 School of Electrical Engineering and Computer Science, National University of Sciences and Technology, H-12, Islamabad, Pakistan 4 Department of Mathematics, Shanghai University, Shanghai 200444, China f (T ) f (T ) = βT n β f (T ) PSRJ1614 - 2230 4U1608 - 52 CenX - 3 EXO1785 - 248 S MCX - 1 Abstract: This work suggests a new model for anisotropic compact stars with quintessence in gravity by us- ing the off-diagonal tetrad and the power-law as , where T is the scalar torsion and and n are real con- stants. The acquired field equations incorporating the anisotropic matter source along with the quintessence field, in gravity, are investigated by making use of the specific character of the scalar torsion T for the observed stars , , , , and . It is suggested that all the stellar struc- tures under examination are advantageously independent of any central singularity and are stable. Comprehensive graphical analysis shows that various physical features which are crucially important for the emergence of the stellar structures are conferred. Keywords: quintessence, power-law model, f(T) gravity, anisotropic compact stars DOI: 10.1088/1674-1137/abdfbd I. INTRODUCTION Einstein's General Relativity (GR) has proven to be the most captivating success of the previous century. Sup- ported by observations [1], GR enlightens several prob- lems connected not only to the scale of the solar system but to cosmological scales as well. Numerous pieces of observational evidence from Type Ia supernovae [2, 3], the high redshifts of supernovae [4], Planck data [5], large-scale structure [6-10], and so on, indicate an accel- erating expanding universe. An astonishing and conten- tious result from GR predicts that a matter-dominated Universe (or radiation) accelerates negatively due to the existence of gravitational attraction. The accelerated ex- pansion of our Universe is due to dark energy (DE) [11], a mysterious galactic fluid containing a uniform density distribution, and a negative pressure, which GR cannot explain. The ambiguous behavior of DE has stimulated cosmologists to explore its apparent attributes. Modified theories of gravity are viewed as an attractive possibility to explain its nature. DE is understood to be repulsive, exhibiting negative (EoS) p = ω q ρ ω q < 0 ω q ω q ω q < -1/3 ω q -1 q < -1/3 pressure. The equation of state describing DE is , such that . The parameter denotes the DE. For an expanding universe, the value of must be restricted to . If attains the bound then it is classified as the quintessence scalar field. In gravitational physics, quintessence is a theoretical approach for the explanation of DE. More pre- cisely, it is a scalar field, hypothesized as a description of observing the acceleration rate of our expanding Uni- verse. The dynamical concept of the quintessence is quite different from the explanation of DE as given by the cos- mological constant in the Einstein field equations (EFEs), which is constant by definition, i.e. it does not change with time. Quintessence can behave as either attractive or repulsive, depending on the proportions of its kinetic and potential energy. It is believed that the quintessence turned repulsive around ten billion years ago, 3.5 billion years after the Big Bang. To obtain an expanding Uni- verse, many theories have been structured but GR re- mains the most successful to date. In addition to its beau- tiful approach of enlightening diverse epochs of the Uni- Received 29 October 2020; Accepted 24 December 2020; Published online 1 February 2021 E-mail: [email protected] E-mail: [email protected] § E-mail: [email protected] E-mail: [email protected] Chinese Physics C Vol. 45, No. 4 (2021) 045102 Content from this work may be used under the terms of the Creative Commons Attribution 3.0 licence. Any further distribution of this work must main- tain attribution to the author(s) and the title of the work, journal citation and DOI. Article funded by SCOAP 3 and published under licence by Chinese Physical Society and the Institute of High Energy Physics of the Chinese Academy of Sciences and the Institute of Modern Physics of the Chinese Academy of Sciences and IOP Pub- lishing Ltd 045102-1

Upload: others

Post on 01-Jun-2021

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

 

f (T)Anisotropic stellar structures in the theory of gravitywith quintessence via embedding approach

Allah Ditta1†     Mushtaq Ahmad2‡     Ibrar Hussain3§     G. Mustafa4♮1Department of Mathematics, COMSATS University Islamabad, Lahore Campus, Pakistan

2National University of Computer and Emerging Sciences, Chiniot-Faisalabad Campus, Pakistan3School of Electrical Engineering and Computer Science, National University of Sciences and Technology, H-12, Islamabad, Pakistan

4Department of Mathematics, Shanghai University, Shanghai 200444, China

f (T )f (T ) = βT n β

f (T )PSRJ1614−2230 4U1608−52 CenX−3 EXO1785−248 S MCX−1

Abstract: This work suggests a new model for anisotropic compact stars with quintessence in   gravity by us-ing the off-diagonal tetrad and the power-law as  , where T is the scalar torsion and   and n are real con-stants. The acquired field equations incorporating the anisotropic matter source along with the quintessence field, in

 gravity, are investigated by making use of the specific character of the scalar torsion T for the observed stars,  ,  ,  , and  . It is suggested that all the stellar struc-

tures  under  examination  are  advantageously  independent  of  any  central  singularity  and  are  stable.  Comprehensivegraphical analysis shows that various physical features which are crucially important for the emergence of the stellarstructures are conferred.

Keywords: quintessence, power-law model, f(T) gravity, anisotropic compact stars

DOI: 10.1088/1674-1137/abdfbd

 

I. INTRODUCTION

Einstein's  General  Relativity  (GR)  has  proven  to  bethe most captivating success of the previous century. Sup-ported  by  observations  [1], GR  enlightens  several   prob-lems connected not  only to the scale  of  the solar  systembut  to  cosmological  scales  as  well.  Numerous  pieces  ofobservational  evidence  from  Type  Ia  supernovae  [2,  3],the  high  redshifts  of  supernovae  [4],  Planck  data  [5],large-scale structure [6-10], and so on, indicate an accel-erating expanding  universe.  An  astonishing  and   conten-tious  result  from  GR  predicts  that  a  matter-dominatedUniverse  (or  radiation)  accelerates  negatively  due  to  theexistence of  gravitational  attraction.  The  accelerated   ex-pansion of our Universe is due to dark energy (DE) [11],a  mysterious  galactic  fluid  containing  a  uniform  densitydistribution,  and  a  negative  pressure,  which  GR  cannotexplain.  The  ambiguous  behavior  of  DE  has  stimulatedcosmologists  to  explore  its  apparent  attributes.  Modifiedtheories of gravity are viewed as an attractive possibilityto explain its nature.

DE is understood to be repulsive, exhibiting negative

(EoS)p = ωqρ ωq < 0 ωq

ωq

ωq < −1/3 ωq

−1 < ωq < −1/3

pressure.  The  equation  of  state    describing  DE  is, such that  . The parameter   denotes the

DE. For an expanding universe, the value of   must berestricted  to  .  If    attains  the  bound

  then  it  is  classified  as  the  quintessencescalar  field.  In  gravitational  physics,  quintessence  is  atheoretical approach for the explanation of DE. More pre-cisely, it is a scalar field, hypothesized as a description ofobserving the  acceleration  rate  of  our  expanding   Uni-verse. The dynamical concept of the quintessence is quitedifferent from the explanation of DE as given by the cos-mological constant in the Einstein field equations (EFEs),which  is  constant  by  definition,  i.e.  it  does  not  changewith time. Quintessence can behave as either attractive orrepulsive, depending on the proportions of its kinetic andpotential  energy.  It  is  believed  that  the  quintessenceturned repulsive around ten billion years ago,  3.5 billionyears after  the  Big  Bang.  To  obtain  an  expanding   Uni-verse, many  theories  have  been  structured  but  GR   re-mains the most successful to date. In addition to its beau-tiful approach of enlightening diverse epochs of the Uni-

        Received 29 October 2020; Accepted 24 December 2020; Published online 1 February 2021     † E-mail: [email protected]     ‡ E-mail: [email protected]     § E-mail: [email protected]     ♮ E-mail: [email protected]

Chinese Physics C    Vol. 45, No. 4 (2021) 045102

 Content from this work may be used under the terms of the Creative Commons Attribution 3.0 licence. Any further distribution of this work must main-tain attribution to the author(s) and the title of the work, journal citation and DOI. Article funded by SCOAP3 and published under licence by Chinese Physical Societyand the Institute of High Energy Physics of the Chinese Academy of Sciences and the Institute of Modern Physics of the Chinese Academy of Sciences and IOP Pub-lishing Ltd

045102-1

Page 2: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

f (R)

f (R) f (T )f (R,T ) T

f (G)f (R,G)(GB)G = R2+4RµθϕνRµθϕν −4RµνRµν

verse evolution, it has also broadened our emerging con-cepts of structuring gravity in the cosmos. However, therestill exist  some  weaknesses  in  GR  which  remain   unad-dressed.  Buchdal [12] gave the modest  concept of repla-cing  the  Ricci  scalar R  by  a  function    in  the  EFEsowing  to  the  emergence  of  modified  theories  of  gravity.Some of  these  are:  ;  ,  the  teleparallel  theory  ofgravity, T being the torsion scalar;  , with   as thetrace  of  the  energy-momentum  tensor;  and    and

  gravity,  where  G  represents  the  Gauss-Bonnet  invariant  [13-17],  and  has  the  representation

. These  theories  have   en-lightened the  resolution  of  tackling  the  complexities   in-volving  quantum  gravity  and  have  provided  researcherswith various platforms through which the reasons behindthe accelerating expansion of our Universe have been dis-cussed.

4U1820−30PS RJ1614−2230 S AXJ1808.4−3658(S S 1)

f (R)

f (R)

f (R)

The introduction  of  advanced  experimental   tech-niques  has  allowed  numerous  researchers  to  study  thenature of compact stellar objects by exploring their phys-ical attributes [18-23]. Typically, it is assumed that thesestellar  bodies  are  made  up  of  some  perfect  fluid.However,  recent  observations  confirmed  that  the  fluidpressure of massive celestial objects such as  ,

,  and    is  notisotropic, but rather behaves anisotropically. Herrera andSantos  [24] have  discussed  the  possible  existence  of  an-isotropic fluid within the framework of self-gravitation bytaking into consideration the examples of Newtonian the-ory and also of GR. Herrera [25] has discussed the condi-tions  for  the  stability  of  the  isotropic  pressure  in  theframework of collapsing, spherically symmetric, dissipat-ive  fluid  distributions.  Capozziello  et al.  [26]  havepresented compact stellar structures possessing hydrostat-ic equilibrium through the  Lane-Emden equation   formu-lated  for  the    theory  of  gravity.  Bowers  and  Liang[27]  have  investigated  locally  anisotropic  relativisticcompact spheres through hydrostatic equilibrium and de-duced that  massive  compact  structures  might  be   aniso-tropic in the presence of the fluidity-superconductivity in-teraction. Capozziello et al. [28], have also studied spher-ically  symmetric  solutions  using  the  notion  of  Noethersymmetries  in  the    theory  of  gravity.  Abbas  et al.[29]  have  investigated  the  dynamical  expressions  bymodeling anisotropic compact stars in the presence of thequintessence  scalar  field,  using  the  Krori-Barua  andStarobinsky  model  in  the    theory  of  gravity.  Bhar[30]  has  structured  an  exclusive  model  for  anisotropicstrange stars in comparison to the Schwarzschild exteriorgeometry. Further,  he has evaluated the EFEs by includ-ing the  quintessence  scalar  field.  From  the   implementa-tion of the Krori-Barua metric he has obtained some ex-act  solutions  for  compact  stellar  objects.  Capozziello  et

f (T,B)

f (T )f (R)

f (R)

f (R)

f (T )

f (T )

f (T )

f (R,G)

f (G) FRW

f (R,G)

f (R,G)

al.  [31]  have  worked  out  gravitational  waves  in  the theory of gravity, produced by the corresponding

compact  objects.  To examine a  compact  stellar  object  inthe  presence  of  the  quintessence  field,  Kalam et al.  [32]have proposed a relativistic model of compact stellar ob-ject  with  anisotropic  pressure  and  normal  matter.  Nojiriand  Odintsov  [33]  have  established  that  ultimately  anyevolution of the Universe might be recreated for the the-ories under investigation.  Harko and Lobo [34] have ex-plored the possibility of mixing two different perfect flu-ids with different  four-velocity vectors  and some specialparameters. Capozziello and Laurentis [35] have debatedthe geometrical explanation of the modified gravity theor-ies to indicate particular suppositions in GR. It is import-ant to point out here that   gravity is simpler to under-stand  than    gravity,  as  its  field  equations  are  ofsecond-order  while    gravity  field  equations  are  offourth-order.  However,  in  Refs.  [36,  37] it  has  been   ar-gued that the Palatini version of   gravity produces asystem of second-order field equations. While comparingto  GR,  it  is  found [38]  that   gravity  shows an  extradegree  freedom under  Lorentz  transformation  and  hencealways remains non-variant. Importantly, as   gravityis invariant under Lorentz transformation, the selection ofgood or bad tetrads plays a defining role in this particulartheory. The  reality  of  the  strange  stellar  leftover  in   tele-parallel   gravity has been presented by Saha and hiscollaborators [39]. They have formulated the equation ofmotion by incorporating an anisotropic environment withChaplygin gas inside. Atazadeh and Darabi [40] have ex-plored  the  viable  nature  of    gravity  by  imposingsome energy conditions. Sharif and Ikram [41] have stud-ied  the  warm inflation  scenario  in  the  context  of  Gauss-Bonnet   gravity by introducing scalar fields in spacetime. Maurya and Govender [42] have discussed theEinstein-Maxwell  equations  and  presented  their  exactsolutions  for  spherically  symmetric  stellar  objects.Shamir  and  Zia  [43] have  investigated  anisotropic   com-pact  structures  in  the    theory of  gravity.  A viableapproach  to  deriving  the  solutions  of  the  field  equationsin  the  background  of  stellar  objects  has  been  discussed,known  as  the  Karmarkar  condition.  This  condition  wasfirst anticipated by Karmarkar [44], and it is considered anecessary requirement for a spherically symmetric space-time to be of embedding class I. It essentially supports usto combine the gravitational metric components. Mauryaand  Maharaj  [45] have  obtained  an  anisotropic   embed-ding solution by employing a spherically symmetric geo-metry  using  the  Karmarkar  condition.  Odintsov  andOikonomou [46] have analysed the evolving inflation andDE in the   theory of gravity.

For  the  last  few  years,  parallelism  as  an  equivalentformulation of GR has received much consideration as an

Allah Ditta, Mushtaq Ahmad, Ibrar Hussain et al. Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-2

Page 3: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

f (T ) f (T )

f (R)

f (T )

f (T )

f (T )

f (T )

alternate  gravitational  theory,  well  acknowledged  as  theteleparallel equivalent of GR (TEGR) [47-49]. This form-alism  corresponds  to  the  generalized  manifold  whichtakes  into  account  a  quantity  known  as  torsion.  Ferraroand Fiorini [15, 50] have investigated the TEGR modific-ations  with  consideration  of  cosmology,  known  as  the

 theory of gravity. The fascinating part of   grav-ity  is  that  it  gives  second-order  field  equations,  and it  isstructured  with  a  generic  Lagrangian  quite  dissimilar  tothe   and several other theories of gravity [51, 52]. Asfar as  theoretical  or  observational  cosmology  is   con-cerned, numerous researchers have effectively implemen-ted   gravity in their research [38, 53-62]. Delidumanand Yapiskan [63] as well  as Wang [64] have employed

 gravity to  work  out  the  static  and  spherically   sym-metric exact solutions describing relativistic compact ob-jects. Deliduman and Yapiskan [65] have constructed thestandard relativistic conservation equation, indicating thatrelativistic  compact  structures  do  not  exist  in  the theory of gravity. However, Bohmer et al. [65] have con-cluded that they actually do exist. In the same line, sever-al  other  investigations  on    gravity  may  be  found  inRefs. [66-69].

In  the  present  study,  we  investigate  strange  compact

f (T )

PSRJ1614−2230 4U1608−52 CenX−3 EXO1785−248 S MCX−1

f (T )

stars  in  the    theory  of  gravity  with  quintessence  byincorporating  the  observational  statistics  of  the  stars

,  ,  , , and  . The rest of this paper is structured as

follows. Section II provides the fundamental concepts ofthe    theory  of  gravity.  In  Section  III,  the  exclusiveexpressions  for  the  physical  quantities  such  as  energydensity,  pressure  terms,  and  quintessence  density  areworked out. Section IV is devoted to the matching condi-tions through the introduction of the Schwarzschild outermetric along with the comparison with the interior metric.In  Section  V,  a  detailed  analysis  of  the  physical  stellarfeatures is presented. Section VI concludes our work. 

f (T)II. BASICS OF THE THEORY OF GRAVITY

f (T )The action integral for   theory is [70-72]:

I =∫

dx4e{

12k2 f (T )+L(M)

}, (1)

e = det(eAµ

)=√−g k2 = 8πG = 1where   and  . The variation

of the above action results in the general form of the fieldequations:

eiαS αµν fTT∂µT + e−1∂µ(eei

αS αµν) fT − eνiTαµiS ανµ fT −14

eiν f = −4πeνi

e−mTν

i , (2)

e−mTν

i fTf (T ) fTT

e−mTν

i =matterTν

i +qTν

i

qTν

i

ρq

wq

(−1<wq<−

13

)qTν

i

where   is the energy momentum tensor,   is the de-rivative  of   w.r.t T and    is  the  double  derivativew.r.t  T,  ,  and    is  the  energy-mo-mentum for the quintessence field equations with energydensity    and  equation  of  state  parameter

. Here the components of   are definedas:

qT

t

t =qT

r

r = −ρq, (3)

qTθ

θ =qTϕ

ϕ =(3wq+1)ρq

2. (4)

The  torsion  and  the  super-potential  tensors  used  inEq. (2) are given in general as:

T λµν = eBλ(∂µeB

ν−∂νeBµ), (5)

Kµνλ = −12

(T µνλ−T νµρ−Tλµν

), (6)

S λµν =12(Kµνλ+δµλTαµα−δνλTαµα

). (7)

The  density  of  the  teleparallel  Lagrangian  is  definedby the torsion scalar as

T = T λµνS λµν. (8)

For  the  present  investigation,  the  character  of  the  scalartorsion T is of crucial importance.

f (R) f (T )

Due  to  the  flatness  of  the  manifold,  the  Riemanncurvature tensor turns out to be zero. Containing the twofragments,  one  part  of  the  curvature  tensor  defines  theLevi-Civita  connection,  while  the  second  part  providesthe Weitzenböck connection. Similarly, the Ricci scalar Ralso delivers two dissimilar geometrical entities. Keepingthis  in  view,  the  torsion-less  Ricci  scalar R  in the   Ein-stein-  Hilbert  action,  in  the  shape  of  the  torsion,  whichmay be viewed as an expression of T, as given above, canbe reproduced. It should be noted that the teleparallel the-ory of gravity has been found similar to GR under the twoseparate contexts of local Lorentz transformation and ar-bitrary  transformation  coordinates.  The  first  part  is  non-trivial to observe, and the second Lorentz part adequatelydelivers the geometry in such way that the construction ofthe teleparallel  action of  the GR fluctuates from its  met-ric formulation  because  of  its  surface  expression.   Like-wise,  one  can  envision  that  the  modified    and 

Anisotropic stellar structures in the f(T) theory of gravity with quintessence via ... Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-3

Page 4: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

f (R)

theories of gravity display a resemblance to their surfacegeometries, which are due to the local Lorentz invariance,affected by the   theory of gravity.

Here we build stellar structures by taking the spheric-ally symmetric spacetime

ds2 = ea(r)dt2− eb(r)dr2− r2dθ2− r2 sin2 θdϕ2, (9)

a(r) b(r)

f (T )f (T )

where   and   solely depend on the radial coordin-ate r. We will deal with these metric potentials using theKarmarkar condition in the later part of this work. Nicolaand  Bohmer  [73] have  shown  some  reservations  by   de-claring  the  diagonal  tetrad  to  be  an  incorrect  choice  intorsion based theories of gravity, as this bad tetrad raisescertain solar  system  limitations.  They  have  also   men-tioned in their study that a good tetrad has no restrictionson the  choice  of  the  model  of   being  linear  or  non-linear,  while  the diagonal  tetrad restricts  the   modelto a linear one. The off-diagonal tetrad is a correct choicedue to its boosted and rotated behavior [38]. Here we cal-ibrate the field equations by using the off-diagonal tetradmatrix:

eνµ =

e

a(r)2 0 0 0

0 eb(r)

2 sinθcosϕ r cosθcosϕ −r sinθ sinϕ0 e

b(r)2 sinθ sinϕ r cosθ sinϕ −sinθcosϕ

0 eb(r)

2 cosθ −r sinθ 0

.(10)

eνµ ea(r)+b(r)r2

sinθHere  e  is  the  determinant  of  ,  given  as 

.  The  energy  momentum  tensor  for  an  anisotropicfluid defining the interior of a compact star is

e−mT γβ = (ρ+ pt)uγuβ− ptgγβ+ (pr − pt)vγvβ, (11)

uγ = eµ

2 δ0γ vγ = eν

2 δ1γ ρ Pr Ptwhere  ,  ,  and  ,   and   are the en-ergy density,  radial  pressure  and  tangential  pressure   re-spectively. 

III. GENERALIZED SOLUTION FORCOMPACT STARS

Manipulating  Eqs.  (2)-(11),  we  have  the  followingimportant expressions:

ρ+ρq = −e−

b(r)2

r

(e−

b(r)2 −1

)F′T ′−

(T (r)

2− 1

r2 −e−b(r)

r2

(1− rb′(r)

)) F2+

f4,

pr −ρq =

(T (r)

2− 1

r2 −e−b(r)

r2

(1+ ra′(r)

)) F2− f

4, (12)

pt +12

(3wq+1)ρq =e−b(r)

2

a′(r)2+

1r− e

b(r)2

r

F′T ′

+

(e−b(r)

(a′′(r)

2+

(a′(r)

4+

12r

) (a′(r)−b′(r)

))+

T (r)2

)F2− f

4. (13)

T (r)T (r)

In  the  above  equations F  is  the  derivative  of  f  with  re-spect to the torsion scalar  , and the prime on F againis  the  derivative  of F  with  respect  to  .  The  torsion

T (r) and its derivative with respect to the radial coordin-

ate r are given as:

T (r) =1r2

(2e−b(r)

(e

b(r)2 −1

) (e

b(r)2 −1− ra′(r)

),

T ′ =e−

b(r)2 b′(r)

(−ra′(r)+ e

b(r)2 −1

)r2 −

2e−b(r)(e

b(r)2 −1

)b′(r)

(−ra′(r)+ e

b(r)2 −1

)r2

−4e−b(r)

(e

b(r)2 −1

) (−ra′(r)+ e

b(r)2 −1

)r3

+

2e−b(r)(e

b(r)2 −1

) (−ra′′(r)−a′(r)+

12

eb(r)

2 b′(r))

r2 . (14)

f (T )

The diagonal tetrad provides the linear algebraic form ofthe   function. The off-diagonal tetrad, however, does f (T )

not result  in  any  parameter  which  restricts  the   construc-tion of a consistent model in   gravity. The following

Allah Ditta, Mushtaq Ahmad, Ibrar Hussain et al. Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-4

Page 5: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

f (T )extended  teleparallel    power  law  viable  model  [74]is given as:

f (T ) = βT k, (15)β

k = 1k > 1

k = 2f (T )

where  , and k are any real constants. For the power-lawmodel,  if  we put  ,  we get  teleparallel  gravity.  If  weput  ,  we  get  generalized  teleparallel  gravity.  In  thisstudy, we take  , which is a well fitted value with theoff-diagonal tetrad choice. For   gravity, the underly-ing  scenario  gives  realistic  solutions  for  stellar  objectswith normal matter  except  in a particular  range of radialcoordinates with observed data.

Now we discuss the Karmarkar condition, which is anintegral  tool  for  the current  study.  The groundwork withregard  to  the  Karmarkar  condition  has  been  establishedfor  class-I  space-time.  Eisenhart  [75] provided  a   suffi-cient  condition  for  the  symmetric  tensor  of  rank  two  aswell  as  the  Riemann Christoffel  tensor,  and it  is  definedas

Σ(Λµηβυγ −ΛµγΛνη) = Rµυηγ,

Λµν;n−Λνη;ν = 0.

Σ = ±1

− +

Λνη

Here,  ";"  stands  for  the  covariant  derivative  and  .These  values  signify  a  space-like  or  time-like  manifold,depending whether the sign is   or  . Now, by taking in-to  account  Riemann  curvature  components,  which  arenon-zero for the geometry of the space-time and by alsoconferring non-zero components of the symmetric tensor

,  which  is  of  order  two,  we  incorporate  a  relation  asfollows. Now the relation for the Karmarkar condition isdefined as:

R0101R2323 = R0202R1313−R1202R1303, (16)

and we  have  the  following  Riemannian  non-zero   com-ponents:

R0101 = −14

ea(r)(−a′(r)b′(r)+a′2(r)+2a′′(r)

),

R2323 = −r2 sin2 θ(1− e−b(r)

), R0202 = −

12

ra′(r)ea(r)−b(r),

R1313 = −12

b′(r)r sin2 θ, R1202 = 0, R1303 = 0.(17)

Fitting  the  above  values  of  the  Riemannian  componentsin  Eq.  (16)  gives  rise  to  a  differential  equation  havingform

a′(r)+2a′′(r)a′(r)

=eb(r)b′(r)eb(r)−1

. (18)

Embedding  class  one  solutions  are  obtained  from  Eq.(18), as  they  can  be  embedded  in  5-dimensional   Euc-lidean space. By the integration of Eq. (18), we have

ea(r) =

(A+B

∫ √eb(r)−1dr

)2

, (19)

b(r) = log(ar2ebr2+cr4

+1), (20)

or exclusively

a(r) = log

B√

ar2ebr2+cr4 DawsonF2cr2+b

2√

2√

c

2√

cr+A

2 ,(21)

where A and B are the integration constants. The final ex-pressions for energy density and pressure components arecalculated as:

ρ =− 1

(γ+1)( f1r−1)(√

2aB f3rr ( f1r−1)ebr2+cr4 −2√

c(2aBr3ebr2+cr4 −A

√f7r ( f1r−1)

))2

×[β f 2

4 f52κ−1κr[

1√f7 f 2

2

[2( f1−1)r

[2c

(2aB f4(κ−1)r3ebr2+cr4

+A2√

f7 (2( f1−1)κ−2 f1+1))

+2√

2aB√

c f3rebr2+cr4(A (2( f1−1)κ−2 f1+1)+B

√f7(κ−1)r

(br2+2cr4+1

))+

B2 f 23 f 3/2

7 (2( f1−1)κ−2 f1+1)

r2

]]− 1

( f7+1) f2

[ √f7

(br2+2cr4+1

) [2√

c(2aBr3 (( f1−2)κ− f1+3)ebr2+cr4

+A√

f7 ( f1−1)(2κ−3))

+√

2aB ( f1−1) f3(2κ−3)rebr2+cr4]]+

8aB2cr5ebr2+cr4

f 22 r

− 2aB√

cr2 (2( f1−1)κ− f1−1)ebr2+cr4

f4

]],

(22)

Anisotropic stellar structures in the f(T) theory of gravity with quintessence via ... Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-5

Page 6: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

ρq =β f52κ−2

γ+1

8γ√

f7(κ−1)κ

( f7+1)( f1−1)(√

2aB ( f1−1) f3rebr2+cr4 −2√

c(2aBr3ebr2+cr4 −A

√f7 ( f1−1)

))2

×[2c

[a2r4e2r2(b+cr2) (A2

√f7+ABr

(br2+2cr4− f1+2

)−B2

√f7 ( f1−1)r2

)+ f7

[A2

√f7

×(−b ( f1−1)r2−2c ( f1−1)r4−3 f1+4

)+AB ( f1−1)r3

(b+2cr2

)−B2

√f7 ( f1−1)r2

]−2A2

√f7

× ( f1−1)]+√

2aB√

c f3r[2Aebr2+cr4

[a2r4e2r2(b+cr2)− f7

(b ( f1−1)r2+2c ( f1−1)r4+3 f1−4

)−2 f1

+2]+

B f 3/27 r

(−aebr2+cr4

(−2cr4+ f1−2

)+b ( f1+ f7−1)+2c ( f1−1)r2

)a

− B2 f 23 f 3/2

7

r2

×[−a2r4e2r2(b+cr2)+ f7

(b ( f1−1)r2+2c ( f1−1)r4+3 f1−4

)+2 f1−2

]]+

κ

( f7+1)( f1−1)(√

2aB ( f1−1) f3rebr2+cr4 −2√

c(2aBr3ebr2+cr4 −A

√f7 ( f1−1)

)) [2√c

×(2a2Br5e2r2(b+cr2)+ f7

(A

√f7

(2bγr2+4cγr4+γ+1

)+2Br

)−A(γ−1)

√f7)+√

2aB f3rebr2+cr4

×(

f7(2bγr2+4cγr4+γ+1

)−γ+1

) ]+ (γ+1)κ− (γ+1)

√f7 ( f7+1)κf2

f6+1

, (23)

pr =−βγ f 2

4 f52κ−1κr

(γ+1)( f1−1)(√

2aB ( f1−1) f3rebr2+cr4 −2√

c(2aBr3ebr2+cr4 −A

√f7 ( f1−1)

))2

2( f1−1)r√f7 f 2

2

×[2c

(2aB f4(κ−1)r3ebr2+cr4

+A2√

f7 (2( f1−1)κ−2 f1+1))+2√

2aB√

c f3rebr2+cr4[A[2( f1−1)

× κ−2 f1+1]+B

√f7(κ−1)r

(br2+2cr4+1

) ]+

B2 f 23 f 3/2

7 (2( f1−1)κ−2 f1+1)

r2

]

− 2aB√

cr2 (2( f1−1)κ− f1−1)ebr2+cr4

√2aBrf3ebr2+cr4

+2A√

c√

f7−

√f7

(br2+2cr4+1

)( f7+1) f2

[2√

c[2aBr3 (( f1−2)κ− f1+3)

×ebr2+cr4

+A√

f7 ( f1−1)(2κ−3)]+√

2aB ( f1−1) f3(2κ−3)rebr2+cr4]+

8aB2cr5ebr2+cr4

f 22 r

, (24)

pt =2κ−4β f5γ+1

[−6(wq+1)(γ+1)+ κ

[6(wq+1)(γ+1)

+4 f7

( f7+1)( f1−1)(√

2aBecr4+br2 r ( f1−1) f3−2√

c(2aBecr4+br2 r3−A

√f7 ( f1−1)

)) [2[Br[2cr4+2cγr4

+b(γ+1)r2+3wq+2γ+ (3wq+γ+2) f7+3]+A

(2cr4+br2+1

)(3wqγ−1)

√f7]√

c+aBecr4+br2

r

×(2cr4+br2+1

)(3wqγ−1)

√2 f3

]− 16r(κ−1)

( f7+1)( f1−1) 2 f2(√

2aBecr4+br2 r ( f1−1) f3−2√

c(2aBecr4+br2 r3−A

√f7 ( f1−1)

))2

[2√

c[aBecr4+br2

× r3(γ+1)−A√

f7 ( f1−1)((3wq+2)γ+1)]−√

2aBecr4+br2

r ( f1−1)((3wq+2)γ+1) f3]

×[−

B2(−a2e2r2(cr2+b)r4+2 f1+

(2c ( f1−1)r4+b ( f1−1)r2+3 f1−4

)f7−2

)f 23 f 3/2

7

r2 +2c[a2e2r2(cr2+b)

×( √

f7A2+Br(2cr4+br2− f1+2

)A−B2r2

√f7 ( f1−1)

)r4−2A2

√f7 ( f1−1)+

[AB

(2cr2+b

)

Allah Ditta, Mushtaq Ahmad, Ibrar Hussain et al. Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-6

Page 7: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

× ( f1−1)r3−B2√

f7 ( f1−1)r2+A2√

f7(−2c ( f1−1)r4−b ( f1−1)r2−3 f1+4

) ]f7]+aBr

√2√

c

×[Br

(2c ( f1−1)r2−aecr4+br2

(−2cr4+ f1−2

)+b ( f1+ f7−1)

)f 3/27

a+2Aecr4+br2

[a2e2r2(cr2+b)r4

×− f7(2c ( f1−1)r4+b ( f1−1)r2+3 f1−4

)−2 f1+2

]]f3

]]−

2√

f7(3wq+1)(2γ+ (γ+1) f7)κf2

f6

](25)

∆ = pt − pr, (26)where

f1 =√

f7+1, f2 = 2A√

cr+√

2B√

f7 f3, f3 = F2cr2+b

2√

2√

c

, f4 = Abr2+2Acr4+A−B√

f7r,

f5 =

( f1−1)(√

2aB ( f1−1) f3rebr2+cr4 −2√

c(2aBr3ebr2+cr4 −A

√f7 ( f1−1)

))√

f7 ( f7+1) f2r

κ,f6 = ( f1−1)r

(√2aB ( f1−1) f3rebr2+cr4 −2

√c(2aBr3ebr2+cr4 −A

√f7 ( f1−1)

)), f7 = ar2ebr2+cr4

.

 

IV. MATCHING CONDITIONS

r = R pr(r = R) = 0

No matter  what  remains  of  the  geometrical  structureof the  star,  whether  exterior  or  from the  interior,  the   in-ner  boundary  metric  does  not  change.  This  requires  thatthe metric  components  remain  continuous  along  the   en-tire boundary. In GR, the Schwarzschild solution associ-ated with the stellar remnants is understood to be the topchoice  from  all  the  available  options  for  the  matchingconditions. Any  suitable  choice  when  working  with   the-ories  of  modified  gravity  must  consider  the  non-zeropressure and the energy density. Several researchers [76-77] have produced significant work on the boundary con-ditions.  Goswami  et al.  [78]  worked  out  the  matchingconditions while investigating modified gravity by incor-porating some special limitations to stellar compact struc-tures along with the thermodynamically associated prop-erties.  Many  researchers  [79-82] have  effectively   em-ployed Schwarzschild geometry while working out the di-verse  stellar  solutions.  To  obtain  the  expressions  for  thefield  equations,  a  few  restrictions  are  applied  at  theboundary  ,  that  is  . Here,  we  also   in-tend  to  match  the  Schwarzschild  exterior  geometry  withthe interior geometry:

ds2 =−(1− 2M

r

)dt2+

( 11−2M/r

)dr2

+ r2(dθ2+ sin2θdϕ2

), (27)

r = R

where M represents the total stellar mass and R is the totalradius of  the  star.  Taking  into  account  the  metric  poten-tials, the  following relations  are  employed at  the  bound-ary  :

g−tt = g+tt , g−rr = g+rr,∂g−tt∂r=∂g+tt∂r. (28)

The  signatures  of  the  intrinsic  geometry  and  extrinsicgeometry are taken as (-,+,+,+) and (+,-,-,-), respectively.The  desired  restrictions  are  achieved  by  comparing  theinterior  and  exterior  geometry  as  they  are,  and  workingout the following:

A = − 1R2 loge

(1− 2M

r

),

B = −MR2 loge

(1− 2M

r

)−1,

C = loge

(1− 2M

r

)− M

R

(1− 2M

r

)−1. (29)

PSRJ1614−2230 4U1608−52CenX−3 EXO1785−248 S MCX−1

The approximate  values  of  the  mass M and the  radius Rof  the  stellar  objects  ,  ,

,  ,  and   are consideredto determine the unknowns as given in Table 1. 

V. PHYSICAL ANALYSIS

ρ pr

pt

f (T )

This  section  is  dedicated  to  the  exploration  of  somecritical  properties  connected  to  the  compact  stars.  Thesecomprise the energy density  , radial pressure  , the tan-gential  pressure  , and  the  discussions  on  the   quint-essence field  along with  their  physical  interpretation un-der  . This discussion also includes the energy condi-tions,  anisotropic  pressure,  compactness  factor,  and  thespeed of sound in the star with reference to the radial andtangential components. The smooth and regular behaviorof the metric components is plotted in Fig. 1. 

Anisotropic stellar structures in the f(T) theory of gravity with quintessence via ... Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-7

Page 8: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

A. Energy density, quintessence density,and pressure profiles

The  most  important  stellar  environment  responsiblefor the emergence of the compact stars comprises the cor-responding profiles  of  the  energy density  along with  theradial and tangential pressures. We have investigated theprofiles  of  the  energy  density,  quintessence  density  andpressure terms. It is apparent from the plots, as shown inFigs. 2 and 3, that the energy density acquires its highestvalue  at  the  center  of  the  star,  indicating  the  ultra-densenature  of  the  star.  The  tangential  and  radial  pressureterms  are  positive  and  acquire  their  maximum  values  atthe surface of the compact stars. The profiles of the starsalso indicate the presence of an anisotropic matter config-

 

k = 2 b = 0.000015 γ = 0.333 wq = −1.00009

c = 0.000015 β = −4

Fig. 1.    (color online) Evolution of metric potentials versus r.Here  we  fix  ,    ,  ,

 and  .

ρ ρqFig. 2.    (color online) Evolution of energy density   (left) and quintessence density   (right). 

pr ptFig. 3.    (color online) Evolution of radial pressure   (left) and tangential pressure   (right). 

k = 2 b = 0.000015, γ = 0.333 wq = −1.00009 c = 0.000015 β = −4Table 1.    Values of constants of compact stars by fixing  ,    ,  ,   and  .

Star name MoObserved mass ( ) RkmPredicted radius ( ) a A BPSRJ1614-2230 1.97 12.182 0.0023099 0.734147 0.0233421

4U 1608-52 1.74 11.751 0.00228432 0.758428 0.0231551

CenX-3 1.49 11.224 0.00225723 0.785203 0.0229539

EXO1785-248 1.3 10.775 0.00223401 0.80602 0.0227945

SMCX-1 1.04 10.067 0.00219944 0.835374 0.0225762

Allah Ditta, Mushtaq Ahmad, Ibrar Hussain et al. Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-8

Page 9: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

f (T )uration  free  from  any  singularities  for  our  model  under

 gravity. 

B. Energy conditions

(NEC)(SEC)

(DEC) (WEC)

The  role  of  the  energy  constraints,  among  the  otherphysical features in describing the existence of anisotrop-ic  compact  stars,  has  been  widely  acknowledged  in  theliterature,  as  they  allow  analysis  of  the  environment  toobtain the matter distribution. Moreover, the energy con-straints  also  allow  analysis  of  the  distribution  of  normaland exotic matter contained within the core of the stellarstructure. Several  fruitful  conclusions  have  been   ob-tained  due  to  these  energy  constraints.  The  expressionscorresponding  to  the  null  energy  constraints  ,strong  energy  constraints  , dominant  energy   con-straints  , and weak energy constraints   are:

NEC : ρ+ pr ⩾ 0, ρ+ pt ⩾ 0,WEC : ρ ⩾ 0, ρ+ pr ⩾ 0, ρ+ pt ⩾ 0,

SEC : ρ+ pr ⩾ 0, ρ+ pt ⩾ 0, ρ+ pr +2pt ⩾ 0,DEC : ρ > |pr |, ρ > |pt |. (30)

PSRJ1614−2230

The evolutions of the energy constraints are plotted inFig. 4. It is clear from the positive profiles of the energyconditions  for  all  the  stars,  ,

4U1608−52 CenX−3 EXO1785−248 S MCX−1

f (T )

,  ,  ,  and  ,that our  obtained  solutions  are  physically  favorable   un-der   gravity. 

C. Anisotropic constraintsdρdr

dpr

drdpt

drThe expressions  ,   and   denote the total de-

rivatives  of  the  energy  density,  the  radial  pressure,  andthe  tangential  pressure,  respectively,  with  respect  to  theradius r of the compact star. The graphical description ofthese radial derivatives is provided in the right-hand plotsof  Fig.  5,  which  suggest  that  the  first  order  derivativegives a negatively increasing evolution:

dρdr< 0,

dpr

dr< 0. (31)

dρdr

dpr

drr = 0It may be noted that   and   at the core,  , of the

star are:

dρdr= 0,

dpr

dr= 0.

pr ρ

r = 0 ρ pr

This confirms the maximum bound of the radial pressure along with the central  density  .  Hence,  the maximal

value is attained at   by   and  . 

Fig. 4.    (color online) Evolution of energy conditions (left) and forces (right). 

∆Fig. 5.    (color online) Evolution of anisotropy   (left) and gradients (right). 

Anisotropic stellar structures in the f(T) theory of gravity with quintessence via ... Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-9

Page 10: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

D. Equilibrium under various forcesThe  generalized  TOV equation  in  anisotropic  matter

distribution is given as

dpr

dr+

a′(ρ+ pr)

2− 2(pt − pr)

r= 0, (32)

FaFh Fg

where Eq. (32) provides important information about thestellar  hydrostatic-equilibrium  under  the  total  effect  ofthree  different  forces,  namely  the  anisotropic  force  ,the  hydrostatic  force  ,  and  the  gravitational  force  .The null effect of the combined forces depicts the equilib-rium condition such that

Fg+Fh+Fa = 0,

with

Fg = −a′(ρ+ pr)

2, Fh = −

dpr

dr, Fa =

2(pt − pr)r

. (33)

Fg Fh Fa

pr = pt Fa

Fa

From the right plot-hand of Fig. 4, it may be deduced thatunder  the  combined  effect  of  the  forces  ,    and  ,hydrostatic  compact  equilibrium  can  be  achieved.  It  ispertinent to mention here that if   then the force vanishes,  which  simply  conveys  that  the  equilibriumturns independent of the anisotropic force  . 

E. Stability analysis

v2sr v2

st0 ⩽ v2

st ⩽ 1 0 ⩽ v2sr ⩽ 1

= v2sr =

dpr

dρv2

st =dpt

The stability is constituted by the speed of sound as-sociated with  the  radial  and  transverse  components,   de-noted   and  , respectively. They must satisfy the con-straints    and    [83],  such  that

 and  .  A comprehensive study of thestability  of  anisotropic  spheres  has  been  done  by  Chanand  his  coauthors  [84].  They  have  discussed  Newtonianand post-Newtonian approximations in the background ofanisotropy  distribution.  The  corresponding  plots  of  thespeeds  of  sound  as  depicted  in  Fig.  6  confirm  that  theevolution of the radial and transverse speed of sound for

PSRJ1614−22304U1608−52 CenX−3 EXO1785−248 S MCX−1

v2st − v2

sr 0 < |v2st − v2

sr | < 1

f (T )

the  strange  star  candidates  ,,  ,  ,  and 

remain within  the  desired  constraints  of  stability  as   dis-cussed.  For  all  the  strange  star  candidates  the  bounds  ofboth the radial and the transverse speeds of sound are jus-tified. Within  the  anisotropic  matter  distribution,  the  ap-proximation  of  the  theoretically  stable  and  unstableepochs  may  be  obtained  from  the  modifications  of  thepropagation of the speed of sound, which has the expres-sion    satisfying  the  constraint  .One  may  confirm  this  from  Fig.  7.  Therefore,  the  totalstability may be obtained for compact stars modelled un-der   gravity. 

F. EoS parameter and anisotropy measurementFor  the  case  of  anisotropic  matter  distribution,  the

EoS parameter  incorporating  radial  and  transverse   com-ponents may be expressed as

ωr =pr

ρ, ωt =

pt

ρ. (34)

PSRJ1614−2230 4U1608−52 CenX−3EXO1785−248 S MCX−1 0 < ωr < 1

The analysis of the EoS parameters with respect to the in-creasing stellar radius is graphically represented in Fig. 8which clearly  demonstrates  that  for  all  strange  star   can-didates  ,  ,  ,

, and  , the conditions 

 

wtFig. 6.    (color online) Evolution of EoS  .

v2r v2

tFig. 7.    (color online) Evolution of speeds of sound   (left) and   (right). 

Allah Ditta, Mushtaq Ahmad, Ibrar Hussain et al. Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-10

Page 11: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

0 < ωt < 1f (T )

and    have  been  obtained.  Hence,  our  stellarmodel  in    gravity is  truly  viable.  Now,  the   aniso-tropy  here  is  expressed  by  the  symbol  , and  is   meas-ured as

∆ =2r

(pt − pr), (35)

pt > pr

which provides the information regarding the anisotropicconduct of the model under discussion. The term   has tobe positive if  , showing that  the anisotropy is  go-

pr > pt ∆

PSRJ1614−2230 4U1608−52CenX−3 EXO1785−248 S MCX−1∆

ing  outward,  and  when  ,    becomes  negative,showing that it will be directed inward. For our model in-corporating  all  the  stars  ,  ,

,  ,  and  ,  the  evolutionof   when plotted against radius r shows positive increas-ing  behavior  (as  shown  in  the  left-hand  plot  of  Fig.  5),suggesting some repelling anisotropic force followed by ahigh-density matter source. 

G. Mass-radius relation, compactness,

and redshift analysisThe stellar mass as a function of radius r is defined by

the following integral:

m(r) = 4∫ r

0πr2ρdr. (36)

r→ 0 m(r)→ 0

2Mr⩽

89

It is evident from the mass-radius graph as shown in Fig.9  that  the  mass  is  directly  proportional  to  the  radius  rsuch that as  ,  , showing that mass functionremains continuous at the core of the star. Also, the mass-

radius ratio must remain   as determined by Buch-dahl [85], which in our case is within the desired range.

 

 Fig. 9.    (color online) Evolution of mass function (left) and compactness parameter (right).

 

µ(r)Now,  the  following  integral  defines  the  compactness (plotted in Fig. 9) of the stellar structure as

µ(r) =4r

∫ r

0πr2ρdr. (37)

ZSThe redshift function   is

ZS +1 = [1−2µ(r)]−12 . (38)

ZS

ZS ⩽ 2

The  graphical  representation  is  provided  in Fig.  10.  Thenumerical estimate of   remains within the desired con-dition of  , indicating the viability of our model. 

 

Fig. 10.    (color online) Evolution of redshift function.

 

| v2r v2

t |Fig. 8.    (color online) Evolution of  - .

Anisotropic stellar structures in the f(T) theory of gravity with quintessence via ... Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-11

Page 12: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

VI. CONCLUSION

f (T )f (T )

f (R)

As an equivalent structuring of GR, the notion of par-allelism has been raised in the last few years as an attract-ive alternate theory of gravity, and has been well acknow-ledged as the teleparallel equivalent of GR (TEGR). Theconcept  behind  this  is  the  existence  of  an  even  morestandard manifold which takes into account the curvature,besides  a  quantity  called  torsion.  A  large  number  ofscholars  have  explored  the  modifications  of  TEGR withreference  to  cosmology,  the    theory  of  gravity.  Themost  attractive  aspects  of    gravity  is  that  it  hassecond-order  field  equations  dissimilar  to  those  of gravity, and it is built with a comprehensive Lagrangian.

f (T )f (T )

PSRJ1614−2230 4U1608−52CenX−3 EXO1785−248 S MCX−1

PSRJ1614−2230 4U1608−52 CenX−3 EXO1785−S MCX−1

f (T )

f (T )ρ

pt pr

ρq

f (T )f (T ) = βT n

f (T )

In  our  present  work,  we  have  employed  a  generalmodel for the possible existence of static and anisotropiccompact  structures  in  the  spherically  symmetric  metricand  by  using  a  power  law  model  in  the  framework  of

-modified gravity. To the best of our knowledge, thisis the first attempt to study stellar objects in the   the-ory of  gravity  with  quintessence  via  an  embedding   ap-proach.  Our  theoretical  calculations  support  realisticmodels  of  the  stars  ,  ,

,  ,  and  .  The  stabilityand  singularity-free  nature  of  these  realistic  models  isphysically important,  and  our  results  are  in  good   agree-ment in this scenario. Moreover, through some manipula-tions, the corresponding field equations are solved for thecompact stars.  We  have  established  our  calculations  un-der the assumptions of the statistics corresponding to the

,  ,  , 248,  and  , as  strange  star  candidates  with   ap-propriate  choice  of  the  values  of  the  parameter  n.  Ourwork here applies the investigation of the possible exist-ence of quintessence to compact stars with an anisotropicnature due to the extremely dense structure in the frame-work of the   theory of gravity. For the evolving Uni-verse in different epochs, gravitational stellar collapse hasbeen explored  by  incorporating  the  spacetime   symmet-ries  along with exclusive matching of  the Schwarzschildvacuum solution.  Graphical  illustrations  of  some exclus-ive features of the quintessence stellar structures in gravity  have  been  presented.  The  energy  density  ,  thetransverse  pressure  ,  the  radial  pressure  ,  anisotropylimitations  and  the  quintessence  energy  density    havebeen analysed in the context of   gravity by using theoff-diagonal  tetrad  and  power  law  given  as  .Here are  some of  the key features  which we have foundduring  our  investigation,  with  our  focus  on  the  energydensity, radial  and  tangential  pressures  and  the   quint-essence field, along with their physical interpretation un-der    gravity.  Other  interesting  features  include  theenergy  restrictions,  anisotropy,  compactness  and  thespeed of sound of the stellar remnants in terms of both ra-dial and tangential components.

f (T )ρq

f (T )

●  The  crucial  physical  aspects  for  the  existence  ofstellar structures comprise the energy density and the ra-dial and tangential pressures. It is clear from the respect-ive  plots  in  Figs.  2  and  3  that  the  energy  density  at  thestellar  core attains  the highest  value,  showing the highlydense character of the star. Also, the tangential and radialpressure terms are positive and attain their maximum val-ues at the star surface. These profiles also offer the exist-ence of anisotropic matter distribution independent of sin-gularities for the   model under investigation. Further-more,  the  profiles  of  the  quintessence  density    shownegative behavior, favoring our stellar   gravity mod-el.

PSRJ1614−2230 4U1608−52 CenX−3EXO1785−248 S MCX−1

f (T )

● The role of  the energy constraints  is  quite obviousin the literature on compact stellar remnants. The plots ofthe corresponding energy conditions have been presentedin Fig. 4. It is evident from the positive profiles for all thestars,  ,  ,  ,

,  and  , that  our  acquired   solu-tions are physically viable in   gravity.

dρdr

dpr

drdpt

drρ pr pt

pr ρρ pr r = 0

● The profiles of  ,   and  , the total derivat-ives  of  ,  ,  and   with  respect  to  the  stellar  radius r,respectively, have been provided in Fig. 5. This indicatesthat  the  first  derivative  shows  negatively  acceleratingevolution.  This  validates  the  highest  bound  of  the  radialpressure    with  the  central  density  .  Therefore,  thehighest value is achieved by   and   at  .

Fg Fh Fa

pr = pt FaFa

●  For  the  hydrostatic  equilibrium,  it  is  evident  fromthe right-hand panel of Fig. 4 that under the total effect ofthe forces  ,   and  , stellar equilibrium is achieved.It  is  worth  mentioning  that  in  certain  situation  like

,  the  force   vanishes, hinting  that  the  equilibri-um is free of the effect of anisotropic force  .

PSRJ1614−22304U1608−52 CenX−3 EXO1785−248 S MCX−1

0 < |v2st − v2

sr | < 1

f (T )

●  The  corresponding  plots  of  the  speeds  of  sound,shown  in  Fig.  6,  suggest  that  the  radial  and  transversespeeds  of  sound  for  all  the  stars,  ,

,  ,  ,  and  ,are  bounded  within  the  desired  constraints  of  stability.One  may  confirm  from  Fig.  7  that  the  constraint

  for  the  stability  of  the  compact  star  isachieved. Therefore, overall stability may be obtained forcompact stars modeled under   gravity.

0 < ωt < 1f (T )

●  The  constraint  parameter  EoS  is  expressed  by and is plotted in Fig. 8. It is easy to see that it

favors  the  corresponding  matter  distribution  under gravity.

PSRJ1614−2230 4U1608−52CenX−3 EXO1785−248 S MCX−1∆

●  For  the  stars  ,  ,,  , and  , the anisotropy

 with respect to r gives positive increasing behavior (asshown  in  the  left-hand  plot  of  Fig.  5), suggesting   re-pelling anisotropic forces incorporated by a  high-densitymatter source.

ZS

● Figure  10  provides  graphical  representation  of  thered-shift  function.  The  approximate  value  of    falls

Allah Ditta, Mushtaq Ahmad, Ibrar Hussain et al. Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-12

Page 13: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

ZS ⩽ 2within  the  desired  condition  of  ,  supporting  ourmodel.

It is worth mentioning here that the solutions we haveobtained  in  this  study  represent  denser  stellar  structuresthan those in past related works on compact objects in ex-tended theories of gravity [29, 86-88]. 

ACKNOWLEDGMENTS

We are grateful to the anonymous referees for theirvaluable comments, which improved the presentation ofthis paper. 

 

 

References

 C. M. Will, Living Rev. Rel. 9, 3 (2005)[1] S.  Perlmutter  et al.  (Supernova  Cosmology  Projectcollaboration), ApJ 517, 565 (1999)

[2]

 C. L. Bennett et al., Astrophys. J. Suppl. 148, 1 (2003)[3] A.  G.  Riess et al.  (Supernova  Search  Team collaboration),Astron. J. 116, 1009 (1998)

[4]

 P. A. R. Ade et al., Phys. Rev. Lett. 112, 241101 (2014)[5] W. M. Wood-Vasey et al., Astrophys. J. 666, 694 (2007)[6] M. Kowalski et al., Astrophys. J. 686, 749 (2008)[7] E. Komatsu et al., Astrophys. J. Suppl. 180, 330 (2009)[8] M. Tegmark et al., Phys. Rev. D 69, 103501 (2004)[9] WMAP collaboration,  D.  N.  Spergel et al.,  ApJS 148,  175(2003)

[10]

 J. Edmund et al., Int. J. Mod. Phys., D 15, 1753 (2006)[11] H. A. Buchdal, Mon. Not. R. Astron. Soc 150, 1 (1970)[12] K. Bamba, S. D. Odintsov, L. Sebastiani et al., Eur. Phys. J.C 67, 295 (2010)

[13]

 S. Nojiri and S. D. Odintsov, Phys. Rep. 505, 505 (2011)[14] R. Ferraro and F. Fiorini, Phys. Rev. D 75, 084031 (2007)[15] T. Harko,  F.  S.  N. Lobo, S.  Nojiri et al.,  Phys.  Rev. D 84,024020 (2011)

[16]

 S. Nojiri and S. D. Odintsov, Phys. Lett. B 1, 631 (2005)[17] F. Rahaman et al., Gen Relativ Gravit 144, 107 (2012)[18] M. Kalam et al., Eur. Phys. J. C 72, 2248 (2012)[19] S.  M.  Hossein  et al.,  Int.  J.  Mod.  Phys.  D  21,  1250088(2012)

[20]

 M. Kalam et al., Eur. Phys. J. C 72, 2409 (2013)[21] F. S. N. Lobo, Class. Quantum. Grav. 23, 1525 (2006)[22] K.D.  Krori  and  J.  Barua,  J.  Phys.  A.:  Math.  Gen  8,  508(1975)

[23]

 L. Herrera and N.O.Santos, Physics Reports 286, 53 (1997)[24] L. Herrera, Physical Review D 101, 104024 (2020)[25] S. Capozziello et al., Phys. Rev. 83, 064004 (2011)[26] R.  L.  Bowers  and  E.  P.  T.  Liang,  Astrophys.  J.  88,  657(1997)

[27]

 S.  Capozziello,  A.  Stabile,  and  A.  Troisi,  Class.  Quant.Grav. 24, 2153 (2007)

[28]

 G.  Abbas,  M.  Zubair,  and  G.  Mustafa,  Astrophys.  SpaceSci. 358, 26 (2015)

[29]

 P. Bhar, Astrophys. Space Sci. 356, (2014)[30] S. Capozziello, M. Capriolo, and L. Caso, Weak Field Limitand  Gravitational  Waves  in  f(T,  B)  Teleparallel  Gravity,Eur. Phys. J. C arXiv: 1912.12469[gr-qc]

[31]

 M. Kalam et al., Astrophys. Space Sci. 349, 865 (2013)[32] S. Nojiri and S. D. Odintsov, Phys. Rep. 505, 59 (2011)[33] T. Harko and F.S.N. Lobo, Phys. Rev. D 83, (2011)[34] S.  Capozziello  and  M.  De  Laurentis, Physics  Reports 509,167 (2011)

[35]

 R. Durrer and R. Maartens, Dark Energy: Observational andTheoretical  Approaches,  Cambridge  University  Press,(2010)

[36]

 A.  D.  Felice  and  S.  Tsujikawa, Living  Rev.  Relativ. 13,  3(2010)

[37]

 B.  Li,  T.  P.  Sotiriou,  and  J.  D.  Barrow,, Phys.  Rev.  D 83,064035 (2011)

[38]

 P.  Saha  and  U.  Debnath,  High  Energy  Phys.  29,  1687(2018)

[39]

 K. Atazadeh and F. Darabi, Gen. Rel. Grav. 46, 1664 (2014)[40] M. Sharif and A. Ikram, J. Exp. Theor. Phys. 123, 40 (2016)[41] S. K. Maurya, M. Govender, and Y. K. Gupta, Eur. Phys. J.C 77, 420 (2017)

[42]

 M. F. Shamir and S. Zia, Eur. Phys. J. C 77, 448 (2017)[43] K. R. Karmarkar, Proc. Indian Acad. Sci. A 27, 56 (1948)[44] S.  K.  Maurya  and  S.  D.  Maharaj,  Eur.  Phys.  J  C  5,  328(2017)

[45]

 S.  D.  Odintsov,  V.  K.  Oikonomou,  and  S.  Banerjee,  Nuc.Phys. B 938, 935 (2018)

[46]

 C.  MÂĺoller,  Mat.-Fys.  Skr.  Dan.  Vidensk.  Selsk.  1,  10(1961)

[47]

 C.  Pellegrini,  and  J. Plebanski,  Mat.-Fys.  Skr.  Dan.Vidensk. Selsk. 2, 4 (1963)

[48]

 K. Hayashi and T. Shirafuji, Phys. Rev. D 19, 3524 (1979)[49] R. Ferraro and F. Fiorini, Phys. Rev. D 78, 124019 (2008)[50] G. R. Bengochea and R. Ferraro, Phys.  Rev. D 79,  124019(2009)

[51]

 E. V. Linder, Phys. Rev. D 81, 127301 (2010)[52] P. Wu and H. W. Yu, Phys. Lett. B 692, 176 (2010)[53] P. Y. Tsyba, I. I. Kulnazarov,  K. K. Yerzhanov et al., Int. J.Theor. Phys. 50, 1876 (2011)

[54]

 J.  B.  Dent,  S. Dutta,  and  E.  N. Saridakis  ,  JCAP  01,  009(2011)

[55]

 S.  H.  Chen,  J.  B. Dent,  S.  Dutta  et al.,  Phys.  Rev.  D  83,023508 (2011)

[56]

 G. R. Bengochea, Phys. Lett. B 695, 405 (2011)[57] P. Wu and H. W. Yu, Phys. Lett. B 693, 415 (2010)[58] R. J. Yang, Europhys. Lett. 93, 60001 (2011)[59] Y.  Zhang,  H. Li,  and  L.  Y. Gong  et al.,  JCAP  1107,  015(2011)

[60]

 P. Wu and H. W. Yu, Eur. Phys. J. C 71, 1552 (2011)[61] K.  Bamba,  C.  Q. Geng,  C.  C. Lee  et al.,  JCAP 1101,  021(2011)

[62]

 C. Deliduman and B. Yapiskan, arXiv: 1103.2225[gr-qc][63] T. Wang, Phys. Rev. D 84, 024042 (2011)[64] C. G. BÂĺohmer, A. Mussa, and N. Tamanini, Class. Quant.Gravit. 28, 245020 (2011)

[65]

 V. C. De Andrade, L. C. T. Guillen, and J. G. Pereira, Proc.IX Marcel Grossman, Rome, Italy (2000)

[66]

 G.  Mustafa,  Tie-Cheng,  M.  Farasat  Shamir,  Annal.  Phys.413, 168059 (2020)

[67]

 G.  Mustafa  and  M.  Farasat  Shamir,  Annal.  Phys.  418,168184 (2020)

[68]

 Asifa Ashraf, Zhiyue Zhanga, Allah Ditta et al., Phys. 422,168322 (2020)

[69]

 P.  A.  Gonzlez,  E.  N. Saridakis,  and  Y. Vsquez,  JHEP  53,[70]

Anisotropic stellar structures in the f(T) theory of gravity with quintessence via ... Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-13

Page 14: Anisotropic stellar structures in the theory of gravity ...hepnp.ihep.ac.cn/fileZGWLC/journal/article/zgwlc/2021/4/PDF/CPC-2020-0574.pdfAnisotropic stellar structures in the theory

2012 (2012) G. G. L. Nashed, Chin. Phys. Lett. 29, 050402 (2012)[71] K.  Atazadeh  and  M.  Mousavi,  Eur.  Phys.  J.  C  73,  2272(2013)

[72]

 N.  Tamanini  and  C.  G.  Bohmer,  PHYSICAL  REVIEW D86, 044009 (2012)

[73]

 M. Sharif and S. Rani, Phys. Rev. D 88, 123501 (2013)[74] L.  P.  Eisenhart,  Riemannian  Geometry,  PrincetonUniversity Press, Princeton, (1966)

[75]

 G.  Abbas,  S.  Qaisar,  and  M.  A.  Meraj,  Space  Sci.  357,(2015)

[76]

 P. Bhar, Space Sci. 354, 457 (2014)[77] R. Goswami et al., Phys. Rev. D 90, 084011 (2014)[78] A.  Cooney,  S.  D.  Deo,  and  D.  Psaltis,  Phys.  Rev.  D  82,064033 (2010)

[79]

 A. Ganguly et al., Phys. Rev. D 89, 064019 (2014)[80] D.  Momeni  and  R.  Myrzakulov,  Methods  Mod.  Phys.  12,1550014 (2015)

[81]

 A. V. Astashenok et al., Cosmol.J Astropart. Phys. 12, 040(2013)

[82]

 L. Herrera, Phys. Lett. A 165, 206 (1992)[83] R.  Chan,  L.  Herrera,  and  N.  O.  Santos,  Mon.  Not.  R.Astron. Soc. 265, 533-544 (1993)

[84]

 H. A. Buchdahl, Phys. Rev. 116, 1027 (1959)[85] P. Bhar, Astrophys Space Sci 356, 309Ű318 (2015)[86] M. Zubair  and  G.  Abbas, Astrophysics  Space  Sci. 361,  27(2016)

[87]

 G.  Abbas  and  M.  R.  Shahzad,  Eur.  Phys.  J.  A  54,  211(2018)

[88]

Allah Ditta, Mushtaq Ahmad, Ibrar Hussain et al. Chin. Phys. C 45, 045102 (2021)

045102-14