缺失的红超巨星与碳燃烧

近期对II型核心坍缩超新星前身星的直接成像研究表明，在 $M_{\rm ZAMS}\sim 16-20$ M$_\odot$ 附近可能存在一个阈值，出生质量更大的红超巨星似乎不会导致超新星爆发，而是直接坍缩成黑洞。在本研究中我们论证，这一阈值与大质量恒星中心碳燃烧从对流区到辐射区的临界转变高度吻合并非巧合。在较轻恒星中，碳在中心对流燃烧，形成致密的前超新星最终核，很可能发生爆发；而在较重恒星中，转变之后碳以辐射火焰形式燃烧，恒星核变得明显更难爆发。利用 KEPLER 代码，我们展示了这一转变对 $^{12}$C$(\alpha,\gamma)^{16}$O 反应速率和超射混合效率的敏感性，并论证爆发红超巨星的质量上限可用于约束大质量恒星演化计算中不确定的输入物理。近期各研究组和代码发表模型中，对应中心碳燃烧转变的初始质量范围为 14 至 26 M$_\odot$，仅少数与直接成像研究推断的估计相符。