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[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 2.1 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 474
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69
70 \begin_body
71
72 \begin_layout Title
73 \begin_inset Note Note
74 status open
75
76 \begin_layout Plain Layout
77
78 \family roman
79 \series medium
80 \size normal
81 This is an example LyX file for articles to be submitted to the Journal
82  of Astronomy & Astrophysics (A&A).
83  How to install the A&A LaTeX class to your LaTeX system is explained in
84  
85 \begin_inset Flex URL
86 status open
87
88 \begin_layout Plain Layout
89
90 http://wiki.lyx.org/Layouts/Astronomy-Astrophysics
91 \end_layout
92
93 \end_inset
94
95 .
96 \begin_inset Newline newline
97 \end_inset
98
99 Depending on the submission state and the abstract layout, you need to use
100  different document class options that are listed in the aa manual.
101 \family default
102
103 \begin_inset Newline newline
104 \end_inset
105
106
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108 \series default
109 Note:
110 \series medium
111  If you use accented characters in your document, you must use the predefined
112  document class option 
113 \series default
114 latin9
115 \series medium
116  in the document settings.
117 \end_layout
118
119 \end_inset
120
121
122 \end_layout
123
124 \begin_layout Title
125 Hydrodynamics of giant planet formation
126 \end_layout
127
128 \begin_layout Subtitle
129 I.
130  Overviewing the 
131 \begin_inset Formula $\kappa$
132 \end_inset
133
134 -mechanism
135 \end_layout
136
137 \begin_layout Author
138 G.
139  Wuchterl
140 \begin_inset Flex institutemark
141 status open
142
143 \begin_layout Plain Layout
144 1
145 \end_layout
146
147 \end_inset
148
149
150 \begin_inset ERT
151 status collapsed
152
153 \begin_layout Plain Layout
154
155
156 \backslash
157 and 
158 \end_layout
159
160 \end_inset
161
162  C.
163  Ptolemy
164 \begin_inset Flex institutemark
165 status collapsed
166
167 \begin_layout Plain Layout
168 2
169 \end_layout
170
171 \end_inset
172
173
174 \begin_inset ERT
175 status collapsed
176
177 \begin_layout Plain Layout
178
179
180 \backslash
181 fnmsep 
182 \end_layout
183
184 \end_inset
185
186
187 \begin_inset Foot
188 status collapsed
189
190 \begin_layout Plain Layout
191 Just to show the usage of the elements in the author field
192 \end_layout
193
194 \end_inset
195
196  
197 \begin_inset Note Note
198 status collapsed
199
200 \begin_layout Plain Layout
201
202 \backslash
203 fnmsep is only needed for more than one consecutive notes/marks
204 \end_layout
205
206 \end_inset
207
208
209 \end_layout
210
211 \begin_layout Offprint
212 G.
213  Wuchterl
214 \end_layout
215
216 \begin_layout Address
217 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
218  17, A-1180 Vienna
219 \begin_inset Newline newline
220 \end_inset
221
222
223 \begin_inset Flex Email
224 status open
225
226 \begin_layout Plain Layout
227 wuchterl@amok.ast.univie.ac.at
228 \end_layout
229
230 \end_inset
231
232
233 \begin_inset ERT
234 status collapsed
235
236 \begin_layout Plain Layout
237
238
239 \backslash
240 and 
241 \end_layout
242
243 \end_inset
244
245 University of Alexandria, Department of Geography, ...
246 \begin_inset Newline newline
247 \end_inset
248
249
250 \begin_inset Flex Email
251 status collapsed
252
253 \begin_layout Plain Layout
254 c.ptolemy@hipparch.uheaven.space
255 \end_layout
256
257 \end_inset
258
259
260 \begin_inset Foot
261 status collapsed
262
263 \begin_layout Plain Layout
264 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
265 \end_layout
266
267 \end_inset
268
269  
270 \end_layout
271
272 \begin_layout Date
273 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
274 \end_layout
275
276 \begin_layout Abstract (unstructured)
277 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar \-
278 leated instability' of proto
279  giant planets, the stability of layers in static, radiative gas spheres
280  is analysed on the basis of Baker's standard one-zone model.
281  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
282  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
283  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
284  equations of state which are universal for a given composition.
285  The stability equations of state are calculated for solar composition and
286  are displayed in the domain 
287 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
288 \end_inset
289
290
291 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
292 \end_inset
293
294 .
295  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
296  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
297  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
298  specified by state quantities as density 
299 \begin_inset Formula $\rho$
300 \end_inset
301
302 , temperature 
303 \begin_inset Formula $T$
304 \end_inset
305
306  or specific internal energy 
307 \begin_inset Formula $e$
308 \end_inset
309
310 .
311  Regions of instability in the 
312 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
313 \end_inset
314
315 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
316  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
317  lower than the second He ionisation zone.
318  The 
319 \begin_inset Formula $\kappa$
320 \end_inset
321
322 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
323 \begin_inset Note Note
324 status open
325
326 \begin_layout Plain Layout
327 Citations are not allowed in A&A abstracts.
328 \end_layout
329
330 \end_inset
331
332
333 \begin_inset Note Note
334 status open
335
336 \begin_layout Plain Layout
337 This is the unstructured abstract type, an example for the structured abstract
338  is in the 
339 \family sans
340 aa.lyx
341 \family default
342  template file that comes with LyX.
343 \end_layout
344
345 \end_inset
346
347
348 \end_layout
349
350 \begin_layout Keywords
351 giant planet formation -- 
352 \begin_inset Formula $\kappa$
353 \end_inset
354
355 -mechanism -- stability of gas spheres
356 \end_layout
357
358 \begin_layout Section
359 Introduction
360 \end_layout
361
362 \begin_layout Standard
363 In the 
364 \emph on
365 nucleated instability
366 \emph default
367  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
368  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
369  Mizuno (
370 \begin_inset CommandInset citation
371 LatexCommand cite
372 key "Eisenstein2005"
373
374 \end_inset
375
376 ) determined the critical mass of the core to be about 
377 \begin_inset Formula $12\, M_{\oplus}$
378 \end_inset
379
380  (
381 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
382 \end_inset
383
384  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
385  and therefore independent of the location in the solar nebula.
386  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
387  of today's giant planets.
388 \end_layout
389
390 \begin_layout Standard
391 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
392  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
393  critical mass.
394  The main motivation for this article is to investigate the stability of
395  the static envelope at the critical mass.
396  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
397  is investigated on the basis of Baker's (
398 \begin_inset CommandInset citation
399 LatexCommand cite
400 key "Abernethy2003"
401
402 \end_inset
403
404 ) standard one-zone model.
405 \end_layout
406
407 \begin_layout Standard
408 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
409  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
410  protostellar cores explode (Tscharnuter 
411 \begin_inset CommandInset citation
412 LatexCommand cite
413 key "Cotton1999"
414
415 \end_inset
416
417 , Balluch 
418 \begin_inset CommandInset citation
419 LatexCommand cite
420 key "Mena2000"
421
422 \end_inset
423
424 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
425  The similarities in the (micro)physics, i.
426 \begin_inset space \thinspace{}
427 \end_inset
428
429 g.
430 \begin_inset space \space{}
431 \end_inset
432
433 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
434  as a further motivation for this study.
435 \end_layout
436
437 \begin_layout Section
438 Baker's standard one-zone model
439 \end_layout
440
441 \begin_layout Standard
442 \begin_inset Float figure
443 wide true
444 sideways false
445 status open
446
447 \begin_layout Plain Layout
448 \begin_inset Caption Standard
449
450 \begin_layout Plain Layout
451 \begin_inset CommandInset label
452 LatexCommand label
453 name "fig:FigGam"
454
455 \end_inset
456
457 Adiabatic exponent 
458 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
459 \end_inset
460
461 .
462  
463 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
464 \end_inset
465
466  is plotted as a function of 
467 \begin_inset Formula $\lg$
468 \end_inset
469
470  internal energy 
471 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
472 \end_inset
473
474  and 
475 \begin_inset Formula $\lg$
476 \end_inset
477
478  density 
479 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
480 \end_inset
481
482
483 \end_layout
484
485 \end_inset
486
487
488 \end_layout
489
490 \end_inset
491
492  In this section the one-zone model of Baker (
493 \begin_inset CommandInset citation
494 LatexCommand cite
495 key "Abernethy2003"
496
497 \end_inset
498
499 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
500  reviewed.
501  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
502  variables, local timescales and constitutive relations.
503 \end_layout
504
505 \begin_layout Standard
506 Baker (
507 \begin_inset CommandInset citation
508 LatexCommand cite
509 key "Abernethy2003"
510
511 \end_inset
512
513 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
514  gas clouds with the following properties: 
515 \end_layout
516
517 \begin_layout Itemize
518 hydrostatic equilibrium, 
519 \end_layout
520
521 \begin_layout Itemize
522 thermal equilibrium, 
523 \end_layout
524
525 \begin_layout Itemize
526 energy transport by grey radiation diffusion.
527  
528 \end_layout
529
530 \begin_layout Standard
531 \noindent
532 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
533  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
534 \begin_inset space \space{}
535 \end_inset
536
537 (34a,
538 \begin_inset space \thinspace{}
539 \end_inset
540
541 b,
542 \begin_inset space \thinspace{}
543 \end_inset
544
545 c) in Baker 
546 \begin_inset CommandInset citation
547 LatexCommand cite
548 key "Abernethy2003"
549
550 \end_inset
551
552 ).
553  Using Baker's notation:
554 \end_layout
555
556 \begin_layout Standard
557 \align left
558 \begin_inset Formula 
559 \begin{eqnarray*}
560 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
561 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
562 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
563 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
564 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
565 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
566 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}
567 \end{eqnarray*}
568
569 \end_inset
570
571  
572 \end_layout
573
574 \begin_layout Standard
575 \noindent
576 and with the definitions of the 
577 \emph on
578 local cooling time
579 \emph default
580  (see Fig.
581 \begin_inset space ~
582 \end_inset
583
584
585 \begin_inset CommandInset ref
586 LatexCommand ref
587 reference "fig:FigGam"
588
589 \end_inset
590
591
592 \begin_inset Formula 
593 \begin{equation}
594 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,
595 \end{equation}
596
597 \end_inset
598
599  and the 
600 \emph on
601 local free-fall time
602 \emph default
603
604 \begin_inset Formula 
605 \begin{equation}
606 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,
607 \end{equation}
608
609 \end_inset
610
611  Baker's 
612 \begin_inset Formula $K$
613 \end_inset
614
615  and 
616 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
617 \end_inset
618
619  have the following form: 
620 \begin_inset Formula 
621 \begin{eqnarray}
622 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
623 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;
624 \end{eqnarray}
625
626 \end_inset
627
628  where 
629 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
630 \end_inset
631
632  has been used and 
633 \begin_inset Formula 
634 \begin{equation}
635 \begin{array}{l}
636 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
637 e=mc^{2}
638 \end{array}
639 \end{equation}
640
641 \end_inset
642
643  is a thermodynamical quantity which is of order 
644 \begin_inset Formula $1$
645 \end_inset
646
647  and equal to 
648 \begin_inset Formula $1$
649 \end_inset
650
651  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
652  The physical meaning of 
653 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
654 \end_inset
655
656  and 
657 \begin_inset Formula $K$
658 \end_inset
659
660  is clearly visible in the equations above.
661  
662 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
663 \end_inset
664
665  represents a frequency of the order one per free-fall time.
666  
667 \begin_inset Formula $K$
668 \end_inset
669
670  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
671  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
672  definitions of thermodynamic quantities, 
673 \begin_inset Formula 
674 \[
675 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}
676 \]
677
678 \end_inset
679
680
681 \begin_inset Formula 
682 \[
683 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}
684 \]
685
686 \end_inset
687
688  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
689 \emph on
690 stability
691 \emph default
692  given below: 
693 \begin_inset Formula 
694 \begin{eqnarray}
695 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
696 \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}\\
697 \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}
698 \end{eqnarray}
699
700 \end_inset
701
702  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
703 \begin_inset CommandInset citation
704 LatexCommand cite
705 key "Abernethy2003"
706
707 \end_inset
708
709 ) or Cox (
710 \begin_inset CommandInset citation
711 LatexCommand cite
712 key "Parkin2005"
713
714 \end_inset
715
716 ).
717 \end_layout
718
719 \begin_layout Standard
720 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
721  respectively, can be factorized into 
722 \end_layout
723
724 \begin_layout Enumerate
725 a factor containing local timescales only, 
726 \end_layout
727
728 \begin_layout Enumerate
729 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
730  
731 \end_layout
732
733 \begin_layout Standard
734 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
735  The signs of the left hand sides of the inequalities
736 \begin_inset space ~
737 \end_inset
738
739 (
740 \begin_inset CommandInset ref
741 LatexCommand ref
742 reference "ZSDynSta"
743
744 \end_inset
745
746 ), (
747 \begin_inset CommandInset ref
748 LatexCommand ref
749 reference "ZSSecSta"
750
751 \end_inset
752
753 ) and (
754 \begin_inset CommandInset ref
755 LatexCommand ref
756 reference "ZSVibSta"
757
758 \end_inset
759
760 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
761  relations.
762  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
763  are 
764 \emph on
765  functions of the thermodynamic state in the local zone
766 \emph default
767 .
768  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
769  of state, given for example, as a function of density and temperature.
770  Once the microphysics, i.
771 \begin_inset space \thinspace{}
772 \end_inset
773
774 g.
775 \begin_inset space \space{}
776 \end_inset
777
778 the thermodynamics and opacities (see Table
779 \begin_inset space ~
780 \end_inset
781
782
783 \begin_inset CommandInset ref
784 LatexCommand ref
785 reference "tab:KapSou"
786
787 \end_inset
788
789 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
790  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
791  The zone -- or in other words the layer -- will be stable or unstable in
792  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
793  assumptions.
794  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
795  different for layers in different objects.
796 \end_layout
797
798 \begin_layout Standard
799 \begin_inset Float table
800 wide false
801 sideways false
802 status open
803
804 \begin_layout Plain Layout
805 \begin_inset Caption Standard
806
807 \begin_layout Plain Layout
808 \begin_inset CommandInset label
809 LatexCommand label
810 name "tab:KapSou"
811
812 \end_inset
813
814 Opacity sources
815 \end_layout
816
817 \end_inset
818
819
820 \end_layout
821
822 \begin_layout Plain Layout
823 \align center
824 \begin_inset Tabular
825 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
826 <features rotate="0" tabularvalignment="middle">
827 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
828 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
829 <row>
830 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
831 \begin_inset Text
832
833 \begin_layout Plain Layout
834 Source
835 \end_layout
836
837 \end_inset
838 </cell>
839 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
840 \begin_inset Text
841
842 \begin_layout Plain Layout
843 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
844 \end_inset
845
846
847 \end_layout
848
849 \end_inset
850 </cell>
851 </row>
852 <row>
853 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
854 \begin_inset Text
855
856 \begin_layout Plain Layout
857 Yorke 1979, Yorke 1980a
858 \end_layout
859
860 \end_inset
861 </cell>
862 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
863 \begin_inset Text
864
865 \begin_layout Plain Layout
866 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
867 \end_inset
868
869
870 \end_layout
871
872 \end_inset
873 </cell>
874 </row>
875 <row>
876 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
877 \begin_inset Text
878
879 \begin_layout Plain Layout
880 Krügel 1971
881 \end_layout
882
883 \end_inset
884 </cell>
885 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
886 \begin_inset Text
887
888 \begin_layout Plain Layout
889 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
890 \end_inset
891
892  
893 \end_layout
894
895 \end_inset
896 </cell>
897 </row>
898 <row>
899 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
900 \begin_inset Text
901
902 \begin_layout Plain Layout
903 Cox & Stewart 1969
904 \end_layout
905
906 \end_inset
907 </cell>
908 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
909 \begin_inset Text
910
911 \begin_layout Plain Layout
912 \begin_inset Formula $5000\leq$
913 \end_inset
914
915
916 \end_layout
917
918 \end_inset
919 </cell>
920 </row>
921 </lyxtabular>
922
923 \end_inset
924
925
926 \end_layout
927
928 \begin_layout Plain Layout
929 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
930 \end_inset
931
932 This is footnote a
933 \end_layout
934
935 \end_inset
936
937  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
938  of the left-hand sides of the inequalities (
939 \begin_inset CommandInset ref
940 LatexCommand ref
941 reference "ZSDynSta"
942
943 \end_inset
944
945 ), (
946 \begin_inset CommandInset ref
947 LatexCommand ref
948 reference "ZSSecSta"
949
950 \end_inset
951
952 ) and (
953 \begin_inset CommandInset ref
954 LatexCommand ref
955 reference "ZSVibSta"
956
957 \end_inset
958
959 ) and thereby obtain 
960 \emph on
961 stability equations of state
962 \emph default
963 .
964 \end_layout
965
966 \begin_layout Standard
967 The sign determining part of inequality
968 \begin_inset space ~
969 \end_inset
970
971 (
972 \begin_inset CommandInset ref
973 LatexCommand ref
974 reference "ZSDynSta"
975
976 \end_inset
977
978 ) is 
979 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
980 \end_inset
981
982  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
983 \begin_inset Formula 
984 \begin{equation}
985 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot
986 \end{equation}
987
988 \end_inset
989
990  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
991 \begin_inset Formula 
992 \begin{equation}
993 \chi_{\rho}^{}>0,\;\; c_{v}>0\,,
994 \end{equation}
995
996 \end_inset
997
998  and 
999 \begin_inset Formula 
1000 \begin{equation}
1001 \chi_{T}^{}>0
1002 \end{equation}
1003
1004 \end_inset
1005
1006  holds for a wide range of physical situations.
1007  With 
1008 \begin_inset Formula 
1009 \begin{eqnarray}
1010 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
1011 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
1012 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0
1013 \end{eqnarray}
1014
1015 \end_inset
1016
1017  we find the sign determining terms in inequalities
1018 \begin_inset space ~
1019 \end_inset
1020
1021 (
1022 \begin_inset CommandInset ref
1023 LatexCommand ref
1024 reference "ZSSecSta"
1025
1026 \end_inset
1027
1028 ) and (
1029 \begin_inset CommandInset ref
1030 LatexCommand ref
1031 reference "ZSVibSta"
1032
1033 \end_inset
1034
1035 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
1036  secular and vibrational 
1037 \emph on
1038 stability
1039 \emph default
1040 , respectively: 
1041 \begin_inset Formula 
1042 \begin{eqnarray}
1043 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
1044 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
1045 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}
1046 \end{eqnarray}
1047
1048 \end_inset
1049
1050  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
1051 c state (say 
1052 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
1053 \end_inset
1054
1055 ) of the zone.
1056  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
1057 e relations 
1058 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
1059 \end_inset
1060
1061
1062 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
1063 \end_inset
1064
1065
1066 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
1067 \end_inset
1068
1069
1070 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
1071 \end_inset
1072
1073 .
1074  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
1075  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
1076  state 
1077 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\, S_{\mathrm{sec}}$
1078 \end_inset
1079
1080  and 
1081 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1082 \end_inset
1083
1084 .
1085  See Fig.
1086 \begin_inset space ~
1087 \end_inset
1088
1089
1090 \begin_inset CommandInset ref
1091 LatexCommand ref
1092 reference "fig:VibStabEquation"
1093
1094 \end_inset
1095
1096  for a picture of 
1097 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1098 \end_inset
1099
1100 .
1101  Regions of secular instability are listed in Table
1102 \begin_inset space ~
1103 \end_inset
1104
1105 1.
1106 \end_layout
1107
1108 \begin_layout Standard
1109 \begin_inset Float figure
1110 wide false
1111 sideways false
1112 status open
1113
1114 \begin_layout Plain Layout
1115 \begin_inset Caption Standard
1116
1117 \begin_layout Plain Layout
1118 \begin_inset CommandInset label
1119 LatexCommand label
1120 name "fig:VibStabEquation"
1121
1122 \end_inset
1123
1124 Vibrational stability equation of state 
1125 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
1126 \end_inset
1127
1128 .
1129  
1130 \begin_inset Formula $>0$
1131 \end_inset
1132
1133  means vibrational stability 
1134 \end_layout
1135
1136 \end_inset
1137
1138
1139 \end_layout
1140
1141 \end_inset
1142
1143
1144 \end_layout
1145
1146 \begin_layout Section
1147 Conclusions
1148 \end_layout
1149
1150 \begin_layout Enumerate
1151 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1152  as described by Baker's (
1153 \begin_inset CommandInset citation
1154 LatexCommand cite
1155 key "Abernethy2003"
1156
1157 \end_inset
1158
1159 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1160  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1161  state of the layer.
1162  
1163 \end_layout
1164
1165 \begin_layout Enumerate
1166 If the constitutive relations -- equations of state and Rosseland mean opacities
1167  -- are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1168  specifying properties of the layer.
1169  
1170 \end_layout
1171
1172 \begin_layout Enumerate
1173 For solar composition gas the 
1174 \begin_inset Formula $\kappa$
1175 \end_inset
1176
1177 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1178  opacities, the 
1179 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1180 \end_inset
1181
1182  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1183  by vibrational instability.
1184  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1185 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1186  
1187 \end_layout
1188
1189 \begin_layout Acknowledgement
1190 Part of this work was supported by the German 
1191 \emph on
1192 Deut\SpecialChar \-
1193 sche For\SpecialChar \-
1194 schungs\SpecialChar \-
1195 ge\SpecialChar \-
1196 mein\SpecialChar \-
1197 schaft, DFG
1198 \emph default
1199  project number Ts
1200 \begin_inset space ~
1201 \end_inset
1202
1203 17/2--1.
1204 \end_layout
1205
1206 \begin_layout Standard
1207 \begin_inset CommandInset bibtex
1208 LatexCommand bibtex
1209 btprint "btPrintAll"
1210 bibfiles "biblioExample"
1211 options "aa"
1212
1213 \end_inset
1214
1215
1216 \begin_inset Note Note
1217 status open
1218
1219 \begin_layout Plain Layout
1220
1221 \series bold
1222 Note:
1223 \series default
1224  If you cannot see the bibliography in the output, assure that you have
1225  gievn the full path to the BibTeX style file 
1226 \family sans
1227 aa.bst
1228 \family default
1229  that is part of the A&A LaTeX-package.
1230 \end_layout
1231
1232 \end_inset
1233
1234
1235 \end_layout
1236
1237 \end_body
1238 \end_document