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French UserGuide.lyx: another update from Jean-Pierre
[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 2.2 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 506
3 \begin_document
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5 \save_transient_properties true
6 \origin /systemlyxdir/examples/
7 \textclass aa
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71
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73
74 \begin_layout Title
75 \begin_inset Note Note
76 status open
77
78 \begin_layout Plain Layout
79
80 \family roman
81 \series medium
82 \size normal
83 This is an example \SpecialChar LyX
84  file for articles to be submitted to the Journal of
85  Astronomy & Astrophysics (A&A).
86  How to install the A&A \SpecialChar LaTeX
87  class to your \SpecialChar LaTeX
88  system is explained in 
89 \begin_inset Flex URL
90 status open
91
92 \begin_layout Plain Layout
93
94 http://wiki.lyx.org/Layouts/Astronomy-Astrophysics
95 \end_layout
96
97 \end_inset
98
99 .
100 \begin_inset Newline newline
101 \end_inset
102
103 Depending on the submission state and the abstract layout, you need to use
104  different document class options that are listed in the aa manual.
105 \family default
106
107 \begin_inset Newline newline
108 \end_inset
109
110
111 \family roman
112 \series default
113 Note:
114 \series medium
115  If you use accented characters in your document, you must use the predefined
116  document class option 
117 \series default
118 latin9
119 \series medium
120  in the document settings.
121 \end_layout
122
123 \end_inset
124
125
126 \end_layout
127
128 \begin_layout Title
129 Hydrodynamics of giant planet formation
130 \end_layout
131
132 \begin_layout Subtitle
133 I.
134  Overviewing the 
135 \begin_inset Formula $\kappa$
136 \end_inset
137
138 -mechanism
139 \end_layout
140
141 \begin_layout Author
142 G.
143  Wuchterl
144 \begin_inset Flex institutemark
145 status open
146
147 \begin_layout Plain Layout
148 1
149 \end_layout
150
151 \end_inset
152
153
154 \begin_inset ERT
155 status collapsed
156
157 \begin_layout Plain Layout
158
159
160 \backslash
161 and 
162 \end_layout
163
164 \end_inset
165
166  C.
167  Ptolemy
168 \begin_inset Flex institutemark
169 status collapsed
170
171 \begin_layout Plain Layout
172 2
173 \end_layout
174
175 \end_inset
176
177
178 \begin_inset ERT
179 status collapsed
180
181 \begin_layout Plain Layout
182
183
184 \backslash
185 fnmsep 
186 \end_layout
187
188 \end_inset
189
190
191 \begin_inset Foot
192 status collapsed
193
194 \begin_layout Plain Layout
195 Just to show the usage of the elements in the author field
196 \end_layout
197
198 \end_inset
199
200  
201 \begin_inset Note Note
202 status collapsed
203
204 \begin_layout Plain Layout
205
206 \backslash
207 fnmsep is only needed for more than one consecutive notes/marks
208 \end_layout
209
210 \end_inset
211
212
213 \end_layout
214
215 \begin_layout Offprint
216 G.
217  Wuchterl
218 \end_layout
219
220 \begin_layout Address
221 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
222  17, A-1180 Vienna
223 \begin_inset Newline newline
224 \end_inset
225
226
227 \begin_inset Flex Email
228 status open
229
230 \begin_layout Plain Layout
231 wuchterl@amok.ast.univie.ac.at
232 \end_layout
233
234 \end_inset
235
236
237 \begin_inset ERT
238 status collapsed
239
240 \begin_layout Plain Layout
241
242
243 \backslash
244 and 
245 \end_layout
246
247 \end_inset
248
249 University of Alexandria, Department of Geography, ...
250 \begin_inset Newline newline
251 \end_inset
252
253
254 \begin_inset Flex Email
255 status collapsed
256
257 \begin_layout Plain Layout
258 c.ptolemy@hipparch.uheaven.space
259 \end_layout
260
261 \end_inset
262
263
264 \begin_inset Foot
265 status collapsed
266
267 \begin_layout Plain Layout
268 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
269 \end_layout
270
271 \end_inset
272
273  
274 \end_layout
275
276 \begin_layout Date
277 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
278 \end_layout
279
280 \begin_layout Abstract (unstructured)
281 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar softhyphen
282 leated instability' of proto
283  giant planets, the stability of layers in static, radiative gas spheres
284  is analysed on the basis of Baker's standard one-zone model.
285  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
286  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
287  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
288  equations of state which are universal for a given composition.
289  The stability equations of state are calculated for solar composition and
290  are displayed in the domain 
291 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
292 \end_inset
293
294
295 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
296 \end_inset
297
298 .
299  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
300  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
301  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
302  specified by state quantities as density 
303 \begin_inset Formula $\rho$
304 \end_inset
305
306 , temperature 
307 \begin_inset Formula $T$
308 \end_inset
309
310  or specific internal energy 
311 \begin_inset Formula $e$
312 \end_inset
313
314 .
315  Regions of instability in the 
316 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
317 \end_inset
318
319 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
320  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
321  lower than the second He ionisation zone.
322  The 
323 \begin_inset Formula $\kappa$
324 \end_inset
325
326 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
327 \begin_inset Note Note
328 status open
329
330 \begin_layout Plain Layout
331 Citations are not allowed in A&A abstracts.
332 \end_layout
333
334 \end_inset
335
336
337 \begin_inset Note Note
338 status open
339
340 \begin_layout Plain Layout
341 This is the unstructured abstract type, an example for the structured abstract
342  is in the 
343 \family sans
344 aa.lyx
345 \family default
346  template file that comes with \SpecialChar LyX
347 .
348 \end_layout
349
350 \end_inset
351
352
353 \end_layout
354
355 \begin_layout Keywords
356 giant planet formation – 
357 \begin_inset Formula $\kappa$
358 \end_inset
359
360 -mechanism – stability of gas spheres
361 \end_layout
362
363 \begin_layout Section
364 Introduction
365 \end_layout
366
367 \begin_layout Standard
368 In the 
369 \emph on
370 nucleated instability
371 \emph default
372  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
373  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
374  Mizuno (
375 \begin_inset CommandInset citation
376 LatexCommand cite
377 key "Eisenstein2005"
378
379 \end_inset
380
381 ) determined the critical mass of the core to be about 
382 \begin_inset Formula $12\,M_{\oplus}$
383 \end_inset
384
385  (
386 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
387 \end_inset
388
389  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
390  and therefore independent of the location in the solar nebula.
391  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
392  of today's giant planets.
393 \end_layout
394
395 \begin_layout Standard
396 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
397  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
398  critical mass.
399  The main motivation for this article is to investigate the stability of
400  the static envelope at the critical mass.
401  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
402  is investigated on the basis of Baker's (
403 \begin_inset CommandInset citation
404 LatexCommand cite
405 key "Abernethy2003"
406
407 \end_inset
408
409 ) standard one-zone model.
410 \end_layout
411
412 \begin_layout Standard
413 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
414  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
415  protostellar cores explode (Tscharnuter 
416 \begin_inset CommandInset citation
417 LatexCommand cite
418 key "Cotton1999"
419
420 \end_inset
421
422 , Balluch 
423 \begin_inset CommandInset citation
424 LatexCommand cite
425 key "Mena2000"
426
427 \end_inset
428
429 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
430  The similarities in the (micro)physics, i.
431 \begin_inset space \thinspace{}
432 \end_inset
433
434 g.
435 \begin_inset space \space{}
436 \end_inset
437
438 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
439  as a further motivation for this study.
440 \end_layout
441
442 \begin_layout Section
443 Baker's standard one-zone model
444 \end_layout
445
446 \begin_layout Standard
447 \begin_inset Float figure
448 wide true
449 sideways false
450 status open
451
452 \begin_layout Plain Layout
453 \begin_inset Caption Standard
454
455 \begin_layout Plain Layout
456 \begin_inset CommandInset label
457 LatexCommand label
458 name "fig:FigGam"
459
460 \end_inset
461
462 Adiabatic exponent 
463 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
464 \end_inset
465
466 .
467  
468 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
469 \end_inset
470
471  is plotted as a function of 
472 \begin_inset Formula $\lg$
473 \end_inset
474
475  internal energy 
476 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
477 \end_inset
478
479  and 
480 \begin_inset Formula $\lg$
481 \end_inset
482
483  density 
484 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
485 \end_inset
486
487
488 \end_layout
489
490 \end_inset
491
492
493 \end_layout
494
495 \end_inset
496
497  In this section the one-zone model of Baker (
498 \begin_inset CommandInset citation
499 LatexCommand cite
500 key "Abernethy2003"
501
502 \end_inset
503
504 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
505  reviewed.
506  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
507  variables, local timescales and constitutive relations.
508 \end_layout
509
510 \begin_layout Standard
511 Baker (
512 \begin_inset CommandInset citation
513 LatexCommand cite
514 key "Abernethy2003"
515
516 \end_inset
517
518 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
519  gas clouds with the following properties: 
520 \end_layout
521
522 \begin_layout Itemize
523 hydrostatic equilibrium, 
524 \end_layout
525
526 \begin_layout Itemize
527 thermal equilibrium, 
528 \end_layout
529
530 \begin_layout Itemize
531 energy transport by grey radiation diffusion.
532  
533 \end_layout
534
535 \begin_layout Standard
536 \noindent
537 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
538  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
539 \begin_inset space \space{}
540 \end_inset
541
542 (34a,
543 \begin_inset space \thinspace{}
544 \end_inset
545
546 b,
547 \begin_inset space \thinspace{}
548 \end_inset
549
550 c) in Baker 
551 \begin_inset CommandInset citation
552 LatexCommand cite
553 key "Abernethy2003"
554
555 \end_inset
556
557 ).
558  Using Baker's notation:
559 \begin_inset Separator parbreak
560 \end_inset
561
562
563 \end_layout
564
565 \begin_layout Standard
566 \align left
567 \begin_inset Formula 
568 \begin{eqnarray*}
569 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
570 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
571 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
572 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
573 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
574 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
575 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}
576 \end{eqnarray*}
577
578 \end_inset
579
580  
581 \end_layout
582
583 \begin_layout Standard
584 \noindent
585 and with the definitions of the 
586 \emph on
587 local cooling time
588 \emph default
589  (see Fig.
590 \begin_inset space ~
591 \end_inset
592
593
594 \begin_inset CommandInset ref
595 LatexCommand ref
596 reference "fig:FigGam"
597
598 \end_inset
599
600
601 \begin_inset Formula 
602 \begin{equation}
603 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,
604 \end{equation}
605
606 \end_inset
607
608  and the 
609 \emph on
610 local free-fall time
611 \emph default
612
613 \begin_inset Formula 
614 \begin{equation}
615 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,
616 \end{equation}
617
618 \end_inset
619
620  Baker's 
621 \begin_inset Formula $K$
622 \end_inset
623
624  and 
625 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
626 \end_inset
627
628  have the following form: 
629 \begin_inset Formula 
630 \begin{eqnarray}
631 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
632 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;
633 \end{eqnarray}
634
635 \end_inset
636
637  where 
638 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
639 \end_inset
640
641  has been used and 
642 \begin_inset Formula 
643 \begin{equation}
644 \begin{array}{l}
645 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
646 e=mc^{2}
647 \end{array}
648 \end{equation}
649
650 \end_inset
651
652  is a thermodynamical quantity which is of order 
653 \begin_inset Formula $1$
654 \end_inset
655
656  and equal to 
657 \begin_inset Formula $1$
658 \end_inset
659
660  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
661  The physical meaning of 
662 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
663 \end_inset
664
665  and 
666 \begin_inset Formula $K$
667 \end_inset
668
669  is clearly visible in the equations above.
670  
671 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
672 \end_inset
673
674  represents a frequency of the order one per free-fall time.
675  
676 \begin_inset Formula $K$
677 \end_inset
678
679  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
680  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
681  definitions of thermodynamic quantities, 
682 \begin_inset Formula 
683 \[
684 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}
685 \]
686
687 \end_inset
688
689
690 \begin_inset Formula 
691 \[
692 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}
693 \]
694
695 \end_inset
696
697  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
698 \emph on
699 stability
700 \emph default
701  given below: 
702 \begin_inset Formula 
703 \begin{eqnarray}
704 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
705 \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}\\
706 \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}
707 \end{eqnarray}
708
709 \end_inset
710
711  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
712 \begin_inset CommandInset citation
713 LatexCommand cite
714 key "Abernethy2003"
715
716 \end_inset
717
718 ) or Cox (
719 \begin_inset CommandInset citation
720 LatexCommand cite
721 key "Parkin2005"
722
723 \end_inset
724
725 ).
726 \end_layout
727
728 \begin_layout Standard
729 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
730  respectively, can be factorized into 
731 \end_layout
732
733 \begin_layout Enumerate
734 a factor containing local timescales only, 
735 \end_layout
736
737 \begin_layout Enumerate
738 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
739  
740 \end_layout
741
742 \begin_layout Standard
743 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
744  The signs of the left hand sides of the inequalities
745 \begin_inset space ~
746 \end_inset
747
748 (
749 \begin_inset CommandInset ref
750 LatexCommand ref
751 reference "ZSDynSta"
752
753 \end_inset
754
755 ), (
756 \begin_inset CommandInset ref
757 LatexCommand ref
758 reference "ZSSecSta"
759
760 \end_inset
761
762 ) and (
763 \begin_inset CommandInset ref
764 LatexCommand ref
765 reference "ZSVibSta"
766
767 \end_inset
768
769 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
770  relations.
771  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
772  are 
773 \emph on
774  functions of the thermodynamic state in the local zone
775 \emph default
776 .
777  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
778  of state, given for example, as a function of density and temperature.
779  Once the microphysics, i.
780 \begin_inset space \thinspace{}
781 \end_inset
782
783 g.
784 \begin_inset space \space{}
785 \end_inset
786
787 the thermodynamics and opacities (see Table
788 \begin_inset space ~
789 \end_inset
790
791
792 \begin_inset CommandInset ref
793 LatexCommand ref
794 reference "tab:KapSou"
795
796 \end_inset
797
798 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
799  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
800  The zone – or in other words the layer – will be stable or unstable in
801  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
802  assumptions.
803  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
804  different for layers in different objects.
805 \end_layout
806
807 \begin_layout Standard
808 \begin_inset Float table
809 wide false
810 sideways false
811 status open
812
813 \begin_layout Plain Layout
814 \begin_inset Caption Standard
815
816 \begin_layout Plain Layout
817 \begin_inset CommandInset label
818 LatexCommand label
819 name "tab:KapSou"
820
821 \end_inset
822
823 Opacity sources
824 \end_layout
825
826 \end_inset
827
828
829 \end_layout
830
831 \begin_layout Plain Layout
832 \align center
833 \begin_inset Tabular
834 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
835 <features tabularvalignment="middle">
836 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
837 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
838 <row>
839 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
840 \begin_inset Text
841
842 \begin_layout Plain Layout
843 Source
844 \end_layout
845
846 \end_inset
847 </cell>
848 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
849 \begin_inset Text
850
851 \begin_layout Plain Layout
852 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
853 \end_inset
854
855
856 \end_layout
857
858 \end_inset
859 </cell>
860 </row>
861 <row>
862 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
863 \begin_inset Text
864
865 \begin_layout Plain Layout
866 Yorke 1979, Yorke 1980a
867 \end_layout
868
869 \end_inset
870 </cell>
871 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
872 \begin_inset Text
873
874 \begin_layout Plain Layout
875 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
876 \end_inset
877
878
879 \end_layout
880
881 \end_inset
882 </cell>
883 </row>
884 <row>
885 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
886 \begin_inset Text
887
888 \begin_layout Plain Layout
889 Krügel 1971
890 \end_layout
891
892 \end_inset
893 </cell>
894 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
895 \begin_inset Text
896
897 \begin_layout Plain Layout
898 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
899 \end_inset
900
901  
902 \end_layout
903
904 \end_inset
905 </cell>
906 </row>
907 <row>
908 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
909 \begin_inset Text
910
911 \begin_layout Plain Layout
912 Cox & Stewart 1969
913 \end_layout
914
915 \end_inset
916 </cell>
917 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
918 \begin_inset Text
919
920 \begin_layout Plain Layout
921 \begin_inset Formula $5000\leq$
922 \end_inset
923
924
925 \end_layout
926
927 \end_inset
928 </cell>
929 </row>
930 </lyxtabular>
931
932 \end_inset
933
934
935 \end_layout
936
937 \begin_layout Plain Layout
938 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
939 \end_inset
940
941 This is footnote a
942 \end_layout
943
944 \end_inset
945
946  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
947  of the left-hand sides of the inequalities (
948 \begin_inset CommandInset ref
949 LatexCommand ref
950 reference "ZSDynSta"
951
952 \end_inset
953
954 ), (
955 \begin_inset CommandInset ref
956 LatexCommand ref
957 reference "ZSSecSta"
958
959 \end_inset
960
961 ) and (
962 \begin_inset CommandInset ref
963 LatexCommand ref
964 reference "ZSVibSta"
965
966 \end_inset
967
968 ) and thereby obtain 
969 \emph on
970 stability equations of state
971 \emph default
972 .
973 \end_layout
974
975 \begin_layout Standard
976 The sign determining part of inequality
977 \begin_inset space ~
978 \end_inset
979
980 (
981 \begin_inset CommandInset ref
982 LatexCommand ref
983 reference "ZSDynSta"
984
985 \end_inset
986
987 ) is 
988 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
989 \end_inset
990
991  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
992 \begin_inset Formula 
993 \begin{equation}
994 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot
995 \end{equation}
996
997 \end_inset
998
999  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
1000 \begin_inset Formula 
1001 \begin{equation}
1002 \chi_{\rho}^{}>0,\;\;c_{v}>0\,,
1003 \end{equation}
1004
1005 \end_inset
1006
1007  and 
1008 \begin_inset Formula 
1009 \begin{equation}
1010 \chi_{T}^{}>0
1011 \end{equation}
1012
1013 \end_inset
1014
1015  holds for a wide range of physical situations.
1016  With 
1017 \begin_inset Formula 
1018 \begin{eqnarray}
1019 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
1020 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
1021 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0
1022 \end{eqnarray}
1023
1024 \end_inset
1025
1026  we find the sign determining terms in inequalities
1027 \begin_inset space ~
1028 \end_inset
1029
1030 (
1031 \begin_inset CommandInset ref
1032 LatexCommand ref
1033 reference "ZSSecSta"
1034
1035 \end_inset
1036
1037 ) and (
1038 \begin_inset CommandInset ref
1039 LatexCommand ref
1040 reference "ZSVibSta"
1041
1042 \end_inset
1043
1044 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
1045  secular and vibrational 
1046 \emph on
1047 stability
1048 \emph default
1049 , respectively: 
1050 \begin_inset Formula 
1051 \begin{eqnarray}
1052 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
1053 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
1054 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}
1055 \end{eqnarray}
1056
1057 \end_inset
1058
1059  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
1060 c state (say 
1061 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
1062 \end_inset
1063
1064 ) of the zone.
1065  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
1066 e relations 
1067 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
1068 \end_inset
1069
1070
1071 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
1072 \end_inset
1073
1074
1075 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
1076 \end_inset
1077
1078
1079 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
1080 \end_inset
1081
1082 .
1083  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
1084  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
1085  state 
1086 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\,S_{\mathrm{sec}}$
1087 \end_inset
1088
1089  and 
1090 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1091 \end_inset
1092
1093 .
1094  See Fig.
1095 \begin_inset space ~
1096 \end_inset
1097
1098
1099 \begin_inset CommandInset ref
1100 LatexCommand ref
1101 reference "fig:VibStabEquation"
1102
1103 \end_inset
1104
1105  for a picture of 
1106 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1107 \end_inset
1108
1109 .
1110  Regions of secular instability are listed in Table
1111 \begin_inset space ~
1112 \end_inset
1113
1114 1.
1115 \end_layout
1116
1117 \begin_layout Standard
1118 \begin_inset Float figure
1119 wide false
1120 sideways false
1121 status open
1122
1123 \begin_layout Plain Layout
1124 \begin_inset Caption Standard
1125
1126 \begin_layout Plain Layout
1127 \begin_inset CommandInset label
1128 LatexCommand label
1129 name "fig:VibStabEquation"
1130
1131 \end_inset
1132
1133 Vibrational stability equation of state 
1134 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
1135 \end_inset
1136
1137 .
1138  
1139 \begin_inset Formula $>0$
1140 \end_inset
1141
1142  means vibrational stability 
1143 \end_layout
1144
1145 \end_inset
1146
1147
1148 \end_layout
1149
1150 \end_inset
1151
1152
1153 \end_layout
1154
1155 \begin_layout Section
1156 Conclusions
1157 \end_layout
1158
1159 \begin_layout Enumerate
1160 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1161  as described by Baker's (
1162 \begin_inset CommandInset citation
1163 LatexCommand cite
1164 key "Abernethy2003"
1165
1166 \end_inset
1167
1168 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1169  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1170  state of the layer.
1171  
1172 \end_layout
1173
1174 \begin_layout Enumerate
1175 If the constitutive relations – equations of state and Rosseland mean opacities
1176  – are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1177  specifying properties of the layer.
1178  
1179 \end_layout
1180
1181 \begin_layout Enumerate
1182 For solar composition gas the 
1183 \begin_inset Formula $\kappa$
1184 \end_inset
1185
1186 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1187  opacities, the 
1188 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1189 \end_inset
1190
1191  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1192  by vibrational instability.
1193  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1194 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1195  
1196 \end_layout
1197
1198 \begin_layout Acknowledgement
1199 Part of this work was supported by the German 
1200 \emph on
1201 Deut\SpecialChar softhyphen
1202 sche For\SpecialChar softhyphen
1203 schungs\SpecialChar softhyphen
1204 ge\SpecialChar softhyphen
1205 mein\SpecialChar softhyphen
1206 schaft, DFG
1207 \emph default
1208  project number Ts
1209 \begin_inset space ~
1210 \end_inset
1211
1212 17/2–1.
1213 \end_layout
1214
1215 \begin_layout Standard
1216 \begin_inset CommandInset bibtex
1217 LatexCommand bibtex
1218 btprint "btPrintAll"
1219 bibfiles "biblioExample"
1220 options "aa"
1221
1222 \end_inset
1223
1224
1225 \begin_inset Note Note
1226 status open
1227
1228 \begin_layout Plain Layout
1229
1230 \series bold
1231 Note:
1232 \series default
1233  If you cannot see the bibliography in the output, assure that you have
1234  gievn the full path to the Bib\SpecialChar TeX
1235  style file 
1236 \family sans
1237 aa.bst
1238 \family default
1239  that is part of the A&A \SpecialChar LaTeX
1240 -package.
1241 \end_layout
1242
1243 \end_inset
1244
1245
1246 \end_layout
1247
1248 \end_body
1249 \end_document