由极贫金属星推断的首代恒星初始质量函数

我们将约200颗极贫金属（EMP；[Fe/H]$<-3$）星的元素丰度模式与无金属恒星的超新星产额进行比较，以深入了解宇宙中首代（第三星族或Pop III）恒星的特征质量。超新星产额由初始质量（$M=$13、15、25、40和100 $M_{\odot}$）和爆炸能量（$E_{51}=E/10^{51}$[erg]$=0.5-60$）各异的无金属恒星的核合成计算制备，以包含低能、正常能量和高能爆炸。我们采用混合回落模型来考虑超新星爆炸中可能的不对称性，并通过改变模型参数搜索最能拟合EMP星观测丰度模式的产额。我们发现，EMP星的丰度模式主要可由初始质量$M<40 M_{\odot}$的超新星产额最佳拟合，且超过一半的恒星由$M=25 M_\odot$的极超新星（$E_{51}=10$）模型最佳拟合。结果还表明，大多数原初超新星抛出了$10^{-2}-10^{-1} M_\odot$的$^{56}$Ni，留下质量在$\sim 1.5-5 M_{\odot}$范围内的致密遗迹，即中子星或黑洞。结果表明，造成首次金属增丰的首代恒星质量主要$< 40 M_{\odot}$。这意味着质量更高的首代恒星要么数量较少，要么直接坍缩成黑洞而未抛出重元素，要么高质量首代恒星的超新星爆炸抑制了[Fe/H]$<-3$下一代低质量恒星的形成。