预测对不稳定间隙以下的最重黑洞

传统上，对不稳定性（PI）质量间隙位于 50 到 130 $M_{\odot}$ 之间，恒星质量黑洞（BH）预计会向较低的 PI 边缘“堆积”。然而，这个较低的 PI 边界是基于恒星已经失去其氢（H）包层的假设。随着 GW\,190521 事件中一个位于传统 PI 间隙内的、重达 85 $M_{\odot}$ 的“不可能”黑洞的宣布，我们意识到，在低金属丰度（$Z$）下，具有小核心但大氢包层的蓝超巨星（BSG）前身星可能直接坍缩成比迄今假设的更重的黑洞。一个单星能否产生如此重的黑洞这个问题很重要，且独立于引力波事件。在这里，我们通过在广泛的参数空间（改变恒星质量、超射、旋转、半对流和 $Z$）中计算的 336 个详细的 MESA 恒星演化模型网格，系统地研究了传统 PI 间隙内恒星的质量。我们演化低 $Z$ 恒星，范围在 $10^{-3} < Z / Z_{\odot} < Z_{\rm SMC}$，不对包层质量做先验假设，而是采用星风质量损失配方来计算它。我们计算了临界碳氧核和氦核质量以确定 PI 物理的下限，并提供了两个关于 $M_{\text{core}}$ 和 $M_{\text{final}}$ 的方程，它们也可用于双星种群合成。假设 H 包层落入 BH，我们确认 PI 以下的最大 BH 质量为 $M_{\text{BH}} \simeq 93.3$ $M_{\odot}$。我们的网格使我们能够填充传统的 PI 间隙，我们得出结论，传统边界以上的 BH 分布不仅源于初始质量函数（IMF）的形状，还源于决定 BH 最大值的相同恒星内部物理（即混合）。