We present 3D core-collapse supernova simulations of massive Population III progenitor stars at the transition to the pulsational pair instability regime. We simulate two progenitor models with initial masses of $85$ and $100\, \mathrm{M}_\odot$ with the LS220, SFHo, and SFHx equations of state. The $85\, \mathrm{M}_{\odot }$ progenitor experiences a pair instability pulse coincident with core collapse, whereas the $100\, \mathrm{M}_{\odot }$ progenitor has already gone through a sequence of four pulses $1500$ yr before collapse in which it ejected its H and He envelope. The $85\, \mathrm{M}_{\odot }$ models experience shock revival and then delayed collapse to a black hole (BH) due to ongoing accretion within hundreds of milliseconds. The diagnostic energy of the incipient explosion reaches up to $2.7\times 10^{51}\, \mathrm{erg}$ in the SFHx model. Due to the high binding energy of the metal core, BH collapse by fallback is eventually unavoidable, but partial mass ejection may be possible. The $100\, \mathrm{M}_\odot$ models have not achieved shock revival or undergone BH collapse by the end of the simulation. All models exhibit relatively strong gravitational-wave emission both in the high-frequency g-mode emission band and at low frequencies. The SFHx and SFHo models show clear emission from the standing accretion shock instability. For our models, we estimate maximum detection distances of up to $\mathord {\sim }46\, \mathrm{kpc}$ with LIGO and $\mathord {\sim } 850\, \mathrm{kpc}$ with Cosmic Explorer.

中文翻译：

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脉动对不稳定超新星的最终核心坍缩

我们提出了在向脉动对不稳定状态过渡时大质量第三族前身恒星的 3D 核心坍缩超新星模拟。我们使用 LS220、SFHo 和 SFHx 状态方程模拟了两个初始质量分别为 $85$ 和 $100\、\mathrm{M}_\odot$ 的祖先模型。$85\, \mathrm{M}_{\odot }$ 前身经历了与核心坍塌同时发生的一对不稳定脉冲，而 $100\, \mathrm{M}_{\odot }$ 前身已经经历了一系列崩溃前的 4 次脉冲 1500 美元，在其中它弹出了 H 和 He 包络。$85\, \mathrm{M}_{\odot }$ 模型经历了冲击复苏，然后由于数百毫秒内的持续吸积而延迟坍缩为黑洞 (BH)。初期爆炸的诊断能量高达$2.7\times 10^{51}\, \mathrm{erg}$ 在 SFHx 模型中。由于金属核的高结合能，BH 崩塌最终是不可避免的，但部分质量抛射是可能的。到模拟结束时，$100\, \mathrm{M}_\odot$ 模型尚未实现冲击复兴或经历 BH 坍塌。所有模型在高频 g 模式发射带和低频都表现出相对强的引力波发射。SFHx 和 SFHo 模型显示了站立吸积冲击不稳定性的明显排放。对于我们的模型，我们估计最大检测距离可达 $\mathord {\sim }46\, \mathrm{kpc}$ 与 LIGO 和 $\mathord {\sim } 850\, \mathrm{kpc}$ 与 Cosmic Explorer . 到模拟结束时，$100\, \mathrm{M}_\odot$ 模型尚未实现冲击复兴或经历 BH 坍塌。所有模型在高频 g 模式发射带和低频都表现出相对强的引力波发射。SFHx 和 SFHo 模型显示了站立吸积冲击不稳定性的明显排放。对于我们的模型，我们估计最大检测距离可达 $\mathord {\sim }46\, \mathrm{kpc}$ 与 LIGO 和 $\mathord {\sim } 850\, \mathrm{kpc}$ 与 Cosmic Explorer . 到模拟结束时，$100\, \mathrm{M}_\odot$ 模型尚未实现冲击复兴或经历 BH 坍塌。所有模型在高频 g 模式发射带和低频都表现出相对强的引力波发射。SFHx 和 SFHo 模型显示了站立吸积冲击不稳定性的明显排放。对于我们的模型，我们估计最大检测距离可达 $\mathord {\sim }46\, \mathrm{kpc}$ 与 LIGO 和 $\mathord {\sim } 850\, \mathrm{kpc}$ 与 Cosmic Explorer . SFHx 和 SFHo 模型显示了站立吸积冲击不稳定性的明显排放。对于我们的模型，我们估计最大检测距离可达 $\mathord {\sim }46\, \mathrm{kpc}$ 与 LIGO 和 $\mathord {\sim } 850\, \mathrm{kpc}$ 与 Cosmic Explorer . SFHx 和 SFHo 模型显示了站立吸积冲击不稳定性的明显排放。对于我们的模型，我们估计最大检测距离可达 $\mathord {\sim }46\, \mathrm{kpc}$ 与 LIGO 和 $\mathord {\sim } 850\, \mathrm{kpc}$ 与 Cosmic Explorer .