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[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 2.0 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 413
3 \begin_document
4 \begin_header
5 \textclass aa
6 \begin_preamble
7 \usepackage{graphicx}
8 %
9 \end_preamble
10 \options traditabstract
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49 \color #008000
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51 \secnumdepth 3
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65
66 \begin_body
67
68 \begin_layout Standard
69 \begin_inset Note Note
70 status open
71
72 \begin_layout Plain Layout
73 This is an example LyX file for articles to be submitted to the Journal
74  of Astronomy & Astrophysicssing (A&A).
75  How to install the A&A LaTeX class to your LaTeX system is explained in
76  
77 \begin_inset Flex URL
78 status open
79
80 \begin_layout Plain Layout
81
82 http://wiki.lyx.org/Layouts/Astronomy-Astrophysics
83 \end_layout
84
85 \end_inset
86
87 .
88 \end_layout
89
90 \end_inset
91
92
93 \end_layout
94
95 \begin_layout Standard
96 \begin_inset Note Note
97 status open
98
99 \begin_layout Plain Layout
100 Depending on the submission state and the abstract layout, you need to use
101  different document class options that are listed in the aa manual 
102 \family sans
103 aadoc.pdf
104 \family default
105 .
106 \end_layout
107
108 \end_inset
109
110
111 \end_layout
112
113 \begin_layout Title
114 Hydrodynamics of giant planet formation
115 \end_layout
116
117 \begin_layout Subtitle
118 I.
119  Overviewing the 
120 \begin_inset Formula $\kappa$
121 \end_inset
122
123 -mechanism
124 \end_layout
125
126 \begin_layout Author
127 G.
128  Wuchterl
129 \begin_inset Flex institutemark
130 status open
131
132 \begin_layout Plain Layout
133 1
134 \end_layout
135
136 \end_inset
137
138
139 \begin_inset ERT
140 status collapsed
141
142 \begin_layout Plain Layout
143
144
145 \backslash
146 and 
147 \end_layout
148
149 \end_inset
150
151  C.
152  Ptolemy
153 \begin_inset Flex institutemark
154 status collapsed
155
156 \begin_layout Plain Layout
157 2
158 \end_layout
159
160 \end_inset
161
162
163 \begin_inset ERT
164 status collapsed
165
166 \begin_layout Plain Layout
167
168
169 \backslash
170 fnmsep 
171 \end_layout
172
173 \end_inset
174
175
176 \begin_inset Foot
177 status collapsed
178
179 \begin_layout Plain Layout
180 Just to show the usage of the elements in the author field
181 \end_layout
182
183 \end_inset
184
185  
186 \begin_inset Note Note
187 status collapsed
188
189 \begin_layout Plain Layout
190
191 \backslash
192 fnmsep is only needed for more than one consecutive notes/marks
193 \end_layout
194
195 \end_inset
196
197
198 \end_layout
199
200 \begin_layout Offprint
201 G.
202  Wuchterl
203 \end_layout
204
205 \begin_layout Address
206 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
207  17, A-1180 Vienna
208 \begin_inset Newline newline
209 \end_inset
210
211
212 \begin_inset Flex Email
213 status open
214
215 \begin_layout Plain Layout
216 wuchterl@amok.ast.univie.ac.at
217 \end_layout
218
219 \end_inset
220
221
222 \begin_inset ERT
223 status collapsed
224
225 \begin_layout Plain Layout
226
227
228 \backslash
229 and 
230 \end_layout
231
232 \end_inset
233
234 University of Alexandria, Department of Geography, ...
235 \begin_inset Newline newline
236 \end_inset
237
238
239 \begin_inset Flex Email
240 status collapsed
241
242 \begin_layout Plain Layout
243 c.ptolemy@hipparch.uheaven.space
244 \end_layout
245
246 \end_inset
247
248
249 \begin_inset Foot
250 status collapsed
251
252 \begin_layout Plain Layout
253 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
254 \end_layout
255
256 \end_inset
257
258  
259 \end_layout
260
261 \begin_layout Date
262 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
263 \end_layout
264
265 \begin_layout Abstract
266 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar \-
267 leated instability' of proto
268  giant planets, the stability of layers in static, radiative gas spheres
269  is analysed on the basis of Baker's standard one-zone model.
270  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
271  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
272  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
273  equations of state which are universal for a given composition.
274  The stability equations of state are calculated for solar composition and
275  are displayed in the domain 
276 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
277 \end_inset
278
279
280 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
281 \end_inset
282
283 .
284  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
285  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
286  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
287  specified by state quantities as density 
288 \begin_inset Formula $\rho$
289 \end_inset
290
291 , temperature 
292 \begin_inset Formula $T$
293 \end_inset
294
295  or specific internal energy 
296 \begin_inset Formula $e$
297 \end_inset
298
299 .
300  Regions of instability in the 
301 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
302 \end_inset
303
304 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
305  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
306  lower than the second He ionisation zone.
307  The 
308 \begin_inset Formula $\kappa$
309 \end_inset
310
311 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
312 \begin_inset Note Note
313 status open
314
315 \begin_layout Plain Layout
316 Citations are not allowed in A&A abstracts.
317 \end_layout
318
319 \end_inset
320
321
322 \begin_inset Note Note
323 status open
324
325 \begin_layout Plain Layout
326 This is the unstructured abstract type, an example for the structured abstract
327  is in the 
328 \family sans
329 aa.lyx
330 \family default
331  template file that comes with LyX.
332 \end_layout
333
334 \end_inset
335
336
337 \end_layout
338
339 \begin_layout Keywords
340 giant planet formation -- 
341 \begin_inset Formula $\kappa$
342 \end_inset
343
344 -mechanism -- stability of gas spheres
345 \end_layout
346
347 \begin_layout Section
348 Introduction
349 \end_layout
350
351 \begin_layout Standard
352 In the 
353 \emph on
354 nucleated instability
355 \emph default
356  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
357  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
358  Mizuno (
359 \begin_inset CommandInset citation
360 LatexCommand cite
361 key "mizuno"
362
363 \end_inset
364
365 ) determined the critical mass of the core to be about 
366 \begin_inset Formula $12\, M_{\oplus}$
367 \end_inset
368
369  (
370 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
371 \end_inset
372
373  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
374  and therefore independent of the location in the solar nebula.
375  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
376  of today's giant planets.
377 \end_layout
378
379 \begin_layout Standard
380 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
381  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
382  critical mass.
383  The main motivation for this article is to investigate the stability of
384  the static envelope at the critical mass.
385  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
386  is investigated on the basis of Baker's (
387 \begin_inset CommandInset citation
388 LatexCommand cite
389 key "baker"
390
391 \end_inset
392
393 ) standard one-zone model.
394 \end_layout
395
396 \begin_layout Standard
397 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
398  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
399  protostellar cores explode (Tscharnuter 
400 \begin_inset CommandInset citation
401 LatexCommand cite
402 key "tscharnuter"
403
404 \end_inset
405
406 , Balluch 
407 \begin_inset CommandInset citation
408 LatexCommand cite
409 key "balluch"
410
411 \end_inset
412
413 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
414  The similarities in the (micro)physics, i.
415 \begin_inset space \thinspace{}
416 \end_inset
417
418 g.
419 \begin_inset space \space{}
420 \end_inset
421
422 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
423  as a further motivation for this study.
424 \end_layout
425
426 \begin_layout Section
427 Baker's standard one-zone model
428 \end_layout
429
430 \begin_layout Standard
431 \begin_inset Float figure
432 wide true
433 sideways false
434 status open
435
436 \begin_layout Plain Layout
437 \begin_inset Caption
438
439 \begin_layout Plain Layout
440 \begin_inset CommandInset label
441 LatexCommand label
442 name "fig:FigGam"
443
444 \end_inset
445
446 Adiabatic exponent 
447 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
448 \end_inset
449
450 .
451  
452 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
453 \end_inset
454
455  is plotted as a function of 
456 \begin_inset Formula $\lg$
457 \end_inset
458
459  internal energy 
460 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
461 \end_inset
462
463  and 
464 \begin_inset Formula $\lg$
465 \end_inset
466
467  density 
468 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
469 \end_inset
470
471
472 \end_layout
473
474 \end_inset
475
476
477 \end_layout
478
479 \end_inset
480
481  In this section the one-zone model of Baker (
482 \begin_inset CommandInset citation
483 LatexCommand cite
484 key "baker"
485
486 \end_inset
487
488 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
489  reviewed.
490  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
491  variables, local timescales and constitutive relations.
492 \end_layout
493
494 \begin_layout Standard
495 Baker (
496 \begin_inset CommandInset citation
497 LatexCommand cite
498 key "baker"
499
500 \end_inset
501
502 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
503  gas clouds with the following properties: 
504 \end_layout
505
506 \begin_layout Itemize
507 hydrostatic equilibrium, 
508 \end_layout
509
510 \begin_layout Itemize
511 thermal equilibrium, 
512 \end_layout
513
514 \begin_layout Itemize
515 energy transport by grey radiation diffusion.
516  
517 \end_layout
518
519 \begin_layout Standard
520 \noindent
521 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
522  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
523 \begin_inset space \space{}
524 \end_inset
525
526 (34a,
527 \begin_inset space \thinspace{}
528 \end_inset
529
530 b,
531 \begin_inset space \thinspace{}
532 \end_inset
533
534 c) in Baker 
535 \begin_inset CommandInset citation
536 LatexCommand cite
537 key "baker"
538
539 \end_inset
540
541 ).
542  Using Baker's notation:
543 \end_layout
544
545 \begin_layout Standard
546 \align left
547 \begin_inset Formula 
548 \begin{eqnarray*}
549 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
550 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
551 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
552 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
553 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
554 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
555 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}
556 \end{eqnarray*}
557
558 \end_inset
559
560  
561 \end_layout
562
563 \begin_layout Standard
564 \noindent
565 and with the definitions of the 
566 \emph on
567 local cooling time
568 \emph default
569  (see Fig.
570 \begin_inset space ~
571 \end_inset
572
573
574 \begin_inset CommandInset ref
575 LatexCommand ref
576 reference "fig:FigGam"
577
578 \end_inset
579
580
581 \begin_inset Formula 
582 \begin{equation}
583 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,
584 \end{equation}
585
586 \end_inset
587
588  and the 
589 \emph on
590 local free-fall time
591 \emph default
592
593 \begin_inset Formula 
594 \begin{equation}
595 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,
596 \end{equation}
597
598 \end_inset
599
600  Baker's 
601 \begin_inset Formula $K$
602 \end_inset
603
604  and 
605 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
606 \end_inset
607
608  have the following form: 
609 \begin_inset Formula 
610 \begin{eqnarray}
611 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
612 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;
613 \end{eqnarray}
614
615 \end_inset
616
617  where 
618 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
619 \end_inset
620
621  has been used and 
622 \begin_inset Formula 
623 \begin{equation}
624 \begin{array}{l}
625 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
626 e=mc^{2}
627 \end{array}
628 \end{equation}
629
630 \end_inset
631
632  is a thermodynamical quantity which is of order 
633 \begin_inset Formula $1$
634 \end_inset
635
636  and equal to 
637 \begin_inset Formula $1$
638 \end_inset
639
640  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
641  The physical meaning of 
642 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
643 \end_inset
644
645  and 
646 \begin_inset Formula $K$
647 \end_inset
648
649  is clearly visible in the equations above.
650  
651 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
652 \end_inset
653
654  represents a frequency of the order one per free-fall time.
655  
656 \begin_inset Formula $K$
657 \end_inset
658
659  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
660  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
661  definitions of thermodynamic quantities, 
662 \begin_inset Formula 
663 \[
664 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}
665 \]
666
667 \end_inset
668
669
670 \begin_inset Formula 
671 \[
672 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}
673 \]
674
675 \end_inset
676
677  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
678 \emph on
679 stability
680 \emph default
681  given below: 
682 \begin_inset Formula 
683 \begin{eqnarray}
684 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
685 \frac{\pi^{2}}{\tau_{\mathrm{co}}\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}\Gamma_{1}\nabla_{\mathrm{ad}}\left[\frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1\right] & > & 0\label{ZSSecSta}\\
686 \frac{\pi^{2}}{4}\frac{3}{\tau_{\mathrm{co}}\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}\Gamma_{1}^{2}\,\nabla_{\mathrm{ad}}\left[4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}\right] & > & 0\label{ZSVibSta}
687 \end{eqnarray}
688
689 \end_inset
690
691  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
692 \begin_inset CommandInset citation
693 LatexCommand cite
694 key "baker"
695
696 \end_inset
697
698 ) or Cox (
699 \begin_inset CommandInset citation
700 LatexCommand cite
701 key "cox"
702
703 \end_inset
704
705 ).
706 \end_layout
707
708 \begin_layout Standard
709 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
710  respectively, can be factorized into 
711 \end_layout
712
713 \begin_layout Enumerate
714 a factor containing local timescales only, 
715 \end_layout
716
717 \begin_layout Enumerate
718 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
719  
720 \end_layout
721
722 \begin_layout Standard
723 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
724  The signs of the left hand sides of the inequalities
725 \begin_inset space ~
726 \end_inset
727
728 (
729 \begin_inset CommandInset ref
730 LatexCommand ref
731 reference "ZSDynSta"
732
733 \end_inset
734
735 ), (
736 \begin_inset CommandInset ref
737 LatexCommand ref
738 reference "ZSSecSta"
739
740 \end_inset
741
742 ) and (
743 \begin_inset CommandInset ref
744 LatexCommand ref
745 reference "ZSVibSta"
746
747 \end_inset
748
749 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
750  relations.
751  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
752  are 
753 \emph on
754  functions of the thermodynamic state in the local zone
755 \emph default
756 .
757  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
758  of state, given for example, as a function of density and temperature.
759  Once the microphysics, i.
760 \begin_inset space \thinspace{}
761 \end_inset
762
763 g.
764 \begin_inset space \space{}
765 \end_inset
766
767 the thermodynamics and opacities (see Table
768 \begin_inset space ~
769 \end_inset
770
771
772 \begin_inset CommandInset ref
773 LatexCommand ref
774 reference "tab:KapSou"
775
776 \end_inset
777
778 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
779  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
780  The zone -- or in other words the layer -- will be stable or unstable in
781  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
782  assumptions.
783  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
784  different for layers in different objects.
785 \end_layout
786
787 \begin_layout Standard
788 \begin_inset Float table
789 wide false
790 sideways false
791 status open
792
793 \begin_layout Plain Layout
794 \begin_inset Caption
795
796 \begin_layout Plain Layout
797 \begin_inset CommandInset label
798 LatexCommand label
799 name "tab:KapSou"
800
801 \end_inset
802
803 Opacity sources
804 \end_layout
805
806 \end_inset
807
808
809 \end_layout
810
811 \begin_layout Plain Layout
812 \align center
813 \begin_inset Tabular
814 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
815 <features tabularvalignment="middle">
816 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
817 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
818 <row>
819 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
820 \begin_inset Text
821
822 \begin_layout Plain Layout
823 Source
824 \end_layout
825
826 \end_inset
827 </cell>
828 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
829 \begin_inset Text
830
831 \begin_layout Plain Layout
832 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
833 \end_inset
834
835
836 \end_layout
837
838 \end_inset
839 </cell>
840 </row>
841 <row>
842 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
843 \begin_inset Text
844
845 \begin_layout Plain Layout
846 Yorke 1979, Yorke 1980a
847 \end_layout
848
849 \end_inset
850 </cell>
851 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
852 \begin_inset Text
853
854 \begin_layout Plain Layout
855 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
856 \end_inset
857
858
859 \end_layout
860
861 \end_inset
862 </cell>
863 </row>
864 <row>
865 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
866 \begin_inset Text
867
868 \begin_layout Plain Layout
869 Krügel 1971
870 \end_layout
871
872 \end_inset
873 </cell>
874 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
875 \begin_inset Text
876
877 \begin_layout Plain Layout
878 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
879 \end_inset
880
881  
882 \end_layout
883
884 \end_inset
885 </cell>
886 </row>
887 <row>
888 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
889 \begin_inset Text
890
891 \begin_layout Plain Layout
892 Cox & Stewart 1969
893 \end_layout
894
895 \end_inset
896 </cell>
897 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
898 \begin_inset Text
899
900 \begin_layout Plain Layout
901 \begin_inset Formula $5000\leq$
902 \end_inset
903
904
905 \end_layout
906
907 \end_inset
908 </cell>
909 </row>
910 </lyxtabular>
911
912 \end_inset
913
914
915 \end_layout
916
917 \begin_layout Plain Layout
918 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
919 \end_inset
920
921 This is footnote a
922 \end_layout
923
924 \end_inset
925
926  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
927  of the left-hand sides of the inequalities (
928 \begin_inset CommandInset ref
929 LatexCommand ref
930 reference "ZSDynSta"
931
932 \end_inset
933
934 ), (
935 \begin_inset CommandInset ref
936 LatexCommand ref
937 reference "ZSSecSta"
938
939 \end_inset
940
941 ) and (
942 \begin_inset CommandInset ref
943 LatexCommand ref
944 reference "ZSVibSta"
945
946 \end_inset
947
948 ) and thereby obtain 
949 \emph on
950 stability equations of state
951 \emph default
952 .
953 \end_layout
954
955 \begin_layout Standard
956 The sign determining part of inequality
957 \begin_inset space ~
958 \end_inset
959
960 (
961 \begin_inset CommandInset ref
962 LatexCommand ref
963 reference "ZSDynSta"
964
965 \end_inset
966
967 ) is 
968 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
969 \end_inset
970
971  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
972 \begin_inset Formula 
973 \begin{equation}
974 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot
975 \end{equation}
976
977 \end_inset
978
979  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
980 \begin_inset Formula 
981 \begin{equation}
982 \chi_{\rho}^{}>0,\;\; c_{v}>0\,,
983 \end{equation}
984
985 \end_inset
986
987  and 
988 \begin_inset Formula 
989 \begin{equation}
990 \chi_{T}^{}>0
991 \end{equation}
992
993 \end_inset
994
995  holds for a wide range of physical situations.
996  With 
997 \begin_inset Formula 
998 \begin{eqnarray}
999 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
1000 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
1001 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0
1002 \end{eqnarray}
1003
1004 \end_inset
1005
1006  we find the sign determining terms in inequalities
1007 \begin_inset space ~
1008 \end_inset
1009
1010 (
1011 \begin_inset CommandInset ref
1012 LatexCommand ref
1013 reference "ZSSecSta"
1014
1015 \end_inset
1016
1017 ) and (
1018 \begin_inset CommandInset ref
1019 LatexCommand ref
1020 reference "ZSVibSta"
1021
1022 \end_inset
1023
1024 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
1025  secular and vibrational 
1026 \emph on
1027 stability
1028 \emph default
1029 , respectively: 
1030 \begin_inset Formula 
1031 \begin{eqnarray}
1032 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
1033 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
1034 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}
1035 \end{eqnarray}
1036
1037 \end_inset
1038
1039  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
1040 c state (say 
1041 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
1042 \end_inset
1043
1044 ) of the zone.
1045  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
1046 e relations 
1047 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
1048 \end_inset
1049
1050
1051 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
1052 \end_inset
1053
1054
1055 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
1056 \end_inset
1057
1058
1059 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
1060 \end_inset
1061
1062 .
1063  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
1064  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
1065  state 
1066 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\, S_{\mathrm{sec}}$
1067 \end_inset
1068
1069  and 
1070 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1071 \end_inset
1072
1073 .
1074  See Fig.
1075 \begin_inset space ~
1076 \end_inset
1077
1078
1079 \begin_inset CommandInset ref
1080 LatexCommand ref
1081 reference "fig:VibStabEquation"
1082
1083 \end_inset
1084
1085  for a picture of 
1086 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1087 \end_inset
1088
1089 .
1090  Regions of secular instability are listed in Table
1091 \begin_inset space ~
1092 \end_inset
1093
1094 1.
1095 \end_layout
1096
1097 \begin_layout Standard
1098 \begin_inset Float figure
1099 wide false
1100 sideways false
1101 status open
1102
1103 \begin_layout Plain Layout
1104 \begin_inset Caption
1105
1106 \begin_layout Plain Layout
1107 \begin_inset CommandInset label
1108 LatexCommand label
1109 name "fig:VibStabEquation"
1110
1111 \end_inset
1112
1113 Vibrational stability equation of state 
1114 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
1115 \end_inset
1116
1117 .
1118  
1119 \begin_inset Formula $>0$
1120 \end_inset
1121
1122  means vibrational stability 
1123 \end_layout
1124
1125 \end_inset
1126
1127
1128 \end_layout
1129
1130 \end_inset
1131
1132
1133 \end_layout
1134
1135 \begin_layout Section
1136 Conclusions
1137 \end_layout
1138
1139 \begin_layout Enumerate
1140 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1141  as described by Baker's (
1142 \begin_inset CommandInset citation
1143 LatexCommand cite
1144 key "baker"
1145
1146 \end_inset
1147
1148 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1149  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1150  state of the layer.
1151  
1152 \end_layout
1153
1154 \begin_layout Enumerate
1155 If the constitutive relations -- equations of state and Rosseland mean opacities
1156  -- are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1157  specifying properties of the layer.
1158  
1159 \end_layout
1160
1161 \begin_layout Enumerate
1162 For solar composition gas the 
1163 \begin_inset Formula $\kappa$
1164 \end_inset
1165
1166 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1167  opacities, the 
1168 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1169 \end_inset
1170
1171  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1172  by vibrational instability.
1173  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1174 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1175  
1176 \end_layout
1177
1178 \begin_layout Acknowledgement
1179 Part of this work was supported by the German 
1180 \emph on
1181 Deut\SpecialChar \-
1182 sche For\SpecialChar \-
1183 schungs\SpecialChar \-
1184 ge\SpecialChar \-
1185 mein\SpecialChar \-
1186 schaft, DFG
1187 \emph default
1188  project number Ts
1189 \begin_inset space ~
1190 \end_inset
1191
1192 17/2--1.
1193 \end_layout
1194
1195 \begin_layout Standard
1196 \begin_inset Note Note
1197 status open
1198
1199 \begin_layout Plain Layout
1200 You can alternatively use BibTeX.
1201  You must then use the BibTeX style 
1202 \family sans
1203 aa.bst
1204 \family default
1205  that is part of the A&A LaTeX-package.
1206 \end_layout
1207
1208 \end_inset
1209
1210
1211 \end_layout
1212
1213 \begin_layout Bibliography
1214 \begin_inset CommandInset bibitem
1215 LatexCommand bibitem
1216 label "1966"
1217 key "baker"
1218
1219 \end_inset
1220
1221  Baker, N.
1222  1966, in Stellar Evolution, ed.
1223 \begin_inset space \space{}
1224 \end_inset
1225
1226 R.
1227  F.
1228  Stein,& A.
1229  G.
1230  W.
1231  Cameron (Plenum, New York) 333
1232 \end_layout
1233
1234 \begin_layout Bibliography
1235 \begin_inset CommandInset bibitem
1236 LatexCommand bibitem
1237 label "1988"
1238 key "balluch"
1239
1240 \end_inset
1241
1242  Balluch, M.
1243  1988, A&A, 200, 58
1244 \end_layout
1245
1246 \begin_layout Bibliography
1247 \begin_inset CommandInset bibitem
1248 LatexCommand bibitem
1249 label "1980"
1250 key "cox"
1251
1252 \end_inset
1253
1254  Cox, J.
1255  P.
1256  1980, Theory of Stellar Pulsation (Princeton University Press, Princeton)
1257  165
1258 \end_layout
1259
1260 \begin_layout Bibliography
1261 \begin_inset CommandInset bibitem
1262 LatexCommand bibitem
1263 label "1969"
1264 key "cox69"
1265
1266 \end_inset
1267
1268  Cox, A.
1269  N.,& Stewart, J.
1270  N.
1271  1969, Academia Nauk, Scientific Information 15, 1
1272 \end_layout
1273
1274 \begin_layout Bibliography
1275 \begin_inset CommandInset bibitem
1276 LatexCommand bibitem
1277 label "1980"
1278 key "mizuno"
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1281
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1284  Theor.
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1290 LatexCommand bibitem
1291 label "1987"
1292 key "tscharnuter"
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1295
1296  Tscharnuter W.
1297  M.
1298  1987, A&A, 188, 55 
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1300
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1318
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1326
1327  Yorke, H.
1328  W.
1329  1980a, A&A, 86, 286
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1331
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1334 LatexCommand bibitem
1335 label "1997"
1336 key "zheng"
1337
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