]> git.lyx.org Git - lyx.git/blob - lib/examples/aa_sample.lyx
Whitespace cosmetics
[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 544
3 \begin_document
4 \begin_header
5 \save_transient_properties true
6 \origin /systemlyxdir/examples/
7 \textclass aa
8 \use_default_options true
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10 \language english
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76
77 \begin_body
78
79 \begin_layout Title
80 \begin_inset Note Note
81 status open
82
83 \begin_layout Plain Layout
84
85 \family roman
86 \series medium
87 \size normal
88 This is an example \SpecialChar LyX
89  file for articles to be submitted to the Journal of
90  Astronomy & Astrophysics (A&A).
91  How to install the A&A \SpecialChar LaTeX
92  class to your \SpecialChar LaTeX
93  system is explained in 
94 \begin_inset Flex URL
95 status open
96
97 \begin_layout Plain Layout
98
99 http://wiki.lyx.org/Layouts/Astronomy-Astrophysics
100 \end_layout
101
102 \end_inset
103
104 .
105 \begin_inset Newline newline
106 \end_inset
107
108 Depending on the submission state and the abstract layout, you need to use
109  different document class options that are listed in the aa manual.
110 \family default
111
112 \begin_inset Newline newline
113 \end_inset
114
115
116 \family roman
117 \series default
118 Note:
119 \series medium
120  If you use accented characters in your document, you must use the predefined
121  document class option 
122 \series default
123 latin9
124 \series medium
125  in the document settings.
126 \end_layout
127
128 \end_inset
129
130
131 \end_layout
132
133 \begin_layout Title
134 Hydrodynamics of giant planet formation
135 \end_layout
136
137 \begin_layout Subtitle
138 I.
139  Overviewing the 
140 \begin_inset Formula $\kappa$
141 \end_inset
142
143 -mechanism
144 \end_layout
145
146 \begin_layout Author
147 G.
148  Wuchterl
149 \begin_inset Flex institutemark
150 status open
151
152 \begin_layout Plain Layout
153 1
154 \end_layout
155
156 \end_inset
157
158
159 \begin_inset ERT
160 status collapsed
161
162 \begin_layout Plain Layout
163
164
165 \backslash
166 and 
167 \end_layout
168
169 \end_inset
170
171  C.
172  Ptolemy
173 \begin_inset Flex institutemark
174 status collapsed
175
176 \begin_layout Plain Layout
177 2
178 \end_layout
179
180 \end_inset
181
182
183 \begin_inset ERT
184 status collapsed
185
186 \begin_layout Plain Layout
187
188
189 \backslash
190 fnmsep 
191 \end_layout
192
193 \end_inset
194
195
196 \begin_inset Foot
197 status collapsed
198
199 \begin_layout Plain Layout
200 Just to show the usage of the elements in the author field
201 \end_layout
202
203 \end_inset
204
205  
206 \begin_inset Note Note
207 status collapsed
208
209 \begin_layout Plain Layout
210
211 \backslash
212 fnmsep is only needed for more than one consecutive notes/marks
213 \end_layout
214
215 \end_inset
216
217
218 \end_layout
219
220 \begin_layout Offprint
221 G.
222  Wuchterl
223 \end_layout
224
225 \begin_layout Address
226 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
227  17, A-1180 Vienna
228 \begin_inset Newline newline
229 \end_inset
230
231
232 \begin_inset Flex Email
233 status open
234
235 \begin_layout Plain Layout
236 wuchterl@amok.ast.univie.ac.at
237 \end_layout
238
239 \end_inset
240
241
242 \begin_inset ERT
243 status collapsed
244
245 \begin_layout Plain Layout
246
247
248 \backslash
249 and 
250 \end_layout
251
252 \end_inset
253
254 University of Alexandria, Department of Geography, ...
255 \begin_inset Newline newline
256 \end_inset
257
258
259 \begin_inset Flex Email
260 status collapsed
261
262 \begin_layout Plain Layout
263 c.ptolemy@hipparch.uheaven.space
264 \end_layout
265
266 \end_inset
267
268
269 \begin_inset Foot
270 status collapsed
271
272 \begin_layout Plain Layout
273 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
274 \end_layout
275
276 \end_inset
277
278  
279 \end_layout
280
281 \begin_layout Date
282 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
283 \end_layout
284
285 \begin_layout Abstract (unstructured)
286 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar softhyphen
287 leated instability' of proto
288  giant planets, the stability of layers in static, radiative gas spheres
289  is analysed on the basis of Baker's standard one-zone model.
290  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
291  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
292  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
293  equations of state which are universal for a given composition.
294  The stability equations of state are calculated for solar composition and
295  are displayed in the domain 
296 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
297 \end_inset
298
299
300 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
301 \end_inset
302
303 .
304  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
305  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
306  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
307  specified by state quantities as density 
308 \begin_inset Formula $\rho$
309 \end_inset
310
311 , temperature 
312 \begin_inset Formula $T$
313 \end_inset
314
315  or specific internal energy 
316 \begin_inset Formula $e$
317 \end_inset
318
319 .
320  Regions of instability in the 
321 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
322 \end_inset
323
324 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
325  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
326  lower than the second He ionisation zone.
327  The 
328 \begin_inset Formula $\kappa$
329 \end_inset
330
331 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
332 \begin_inset Note Note
333 status open
334
335 \begin_layout Plain Layout
336 Citations are not allowed in A&A abstracts.
337 \end_layout
338
339 \end_inset
340
341
342 \begin_inset Note Note
343 status open
344
345 \begin_layout Plain Layout
346 This is the unstructured abstract type, an example for the structured abstract
347  is in the 
348 \family sans
349 aa.lyx
350 \family default
351  template file that comes with \SpecialChar LyX
352 .
353 \end_layout
354
355 \end_inset
356
357
358 \end_layout
359
360 \begin_layout Keywords
361 giant planet formation – 
362 \begin_inset Formula $\kappa$
363 \end_inset
364
365 -mechanism – stability of gas spheres
366 \end_layout
367
368 \begin_layout Section
369 Introduction
370 \end_layout
371
372 \begin_layout Standard
373 In the 
374 \emph on
375 nucleated instability
376 \emph default
377  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
378  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
379  Mizuno (
380 \begin_inset CommandInset citation
381 LatexCommand cite
382 key "Eisenstein2005"
383 literal "true"
384
385 \end_inset
386
387 ) determined the critical mass of the core to be about 
388 \begin_inset Formula $12\,M_{\oplus}$
389 \end_inset
390
391  (
392 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
393 \end_inset
394
395  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
396  and therefore independent of the location in the solar nebula.
397  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
398  of today's giant planets.
399 \end_layout
400
401 \begin_layout Standard
402 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
403  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
404  critical mass.
405  The main motivation for this article is to investigate the stability of
406  the static envelope at the critical mass.
407  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
408  is investigated on the basis of Baker's (
409 \begin_inset CommandInset citation
410 LatexCommand cite
411 key "Abernethy2003"
412 literal "true"
413
414 \end_inset
415
416 ) standard one-zone model.
417 \end_layout
418
419 \begin_layout Standard
420 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
421  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
422  protostellar cores explode (Tscharnuter 
423 \begin_inset CommandInset citation
424 LatexCommand cite
425 key "Cotton1999"
426 literal "true"
427
428 \end_inset
429
430 , Balluch 
431 \begin_inset CommandInset citation
432 LatexCommand cite
433 key "Mena2000"
434 literal "true"
435
436 \end_inset
437
438 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
439  The similarities in the (micro)physics, i.
440 \begin_inset space \thinspace{}
441 \end_inset
442
443 g.
444 \begin_inset space \space{}
445 \end_inset
446
447 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
448  as a further motivation for this study.
449 \end_layout
450
451 \begin_layout Section
452 Baker's standard one-zone model
453 \end_layout
454
455 \begin_layout Standard
456 \begin_inset Float figure
457 wide true
458 sideways false
459 status open
460
461 \begin_layout Plain Layout
462 \begin_inset Caption Standard
463
464 \begin_layout Plain Layout
465 \begin_inset CommandInset label
466 LatexCommand label
467 name "fig:FigGam"
468
469 \end_inset
470
471 Adiabatic exponent 
472 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
473 \end_inset
474
475 .
476  
477 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
478 \end_inset
479
480  is plotted as a function of 
481 \begin_inset Formula $\lg$
482 \end_inset
483
484  internal energy 
485 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
486 \end_inset
487
488  and 
489 \begin_inset Formula $\lg$
490 \end_inset
491
492  density 
493 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
494 \end_inset
495
496
497 \end_layout
498
499 \end_inset
500
501
502 \end_layout
503
504 \end_inset
505
506  In this section the one-zone model of Baker (
507 \begin_inset CommandInset citation
508 LatexCommand cite
509 key "Abernethy2003"
510 literal "true"
511
512 \end_inset
513
514 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
515  reviewed.
516  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
517  variables, local timescales and constitutive relations.
518 \end_layout
519
520 \begin_layout Standard
521 Baker (
522 \begin_inset CommandInset citation
523 LatexCommand cite
524 key "Abernethy2003"
525 literal "true"
526
527 \end_inset
528
529 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
530  gas clouds with the following properties: 
531 \end_layout
532
533 \begin_layout Itemize
534 hydrostatic equilibrium, 
535 \end_layout
536
537 \begin_layout Itemize
538 thermal equilibrium, 
539 \end_layout
540
541 \begin_layout Itemize
542 energy transport by grey radiation diffusion.
543  
544 \end_layout
545
546 \begin_layout Standard
547 \noindent
548 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
549  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
550 \begin_inset space \space{}
551 \end_inset
552
553 (34a,
554 \begin_inset space \thinspace{}
555 \end_inset
556
557 b,
558 \begin_inset space \thinspace{}
559 \end_inset
560
561 c) in Baker 
562 \begin_inset CommandInset citation
563 LatexCommand cite
564 key "Abernethy2003"
565 literal "true"
566
567 \end_inset
568
569 ).
570  Using Baker's notation:
571 \end_layout
572
573 \begin_layout Standard
574 \align left
575 \begin_inset Formula 
576 \begin{eqnarray*}
577 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
578 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
579 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
580 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
581 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
582 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
583 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}
584 \end{eqnarray*}
585
586 \end_inset
587
588  
589 \end_layout
590
591 \begin_layout Standard
592 \noindent
593 and with the definitions of the 
594 \emph on
595 local cooling time
596 \emph default
597  (see Fig.
598 \begin_inset space ~
599 \end_inset
600
601
602 \begin_inset CommandInset ref
603 LatexCommand ref
604 reference "fig:FigGam"
605
606 \end_inset
607
608
609 \begin_inset Formula 
610 \begin{equation}
611 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,
612 \end{equation}
613
614 \end_inset
615
616  and the 
617 \emph on
618 local free-fall time
619 \emph default
620
621 \begin_inset Formula 
622 \begin{equation}
623 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,
624 \end{equation}
625
626 \end_inset
627
628  Baker's 
629 \begin_inset Formula $K$
630 \end_inset
631
632  and 
633 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
634 \end_inset
635
636  have the following form: 
637 \begin_inset Formula 
638 \begin{eqnarray}
639 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
640 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;
641 \end{eqnarray}
642
643 \end_inset
644
645  where 
646 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
647 \end_inset
648
649  has been used and 
650 \begin_inset Formula 
651 \begin{equation}
652 \begin{array}{l}
653 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
654 e=mc^{2}
655 \end{array}
656 \end{equation}
657
658 \end_inset
659
660  is a thermodynamical quantity which is of order 
661 \begin_inset Formula $1$
662 \end_inset
663
664  and equal to 
665 \begin_inset Formula $1$
666 \end_inset
667
668  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
669  The physical meaning of 
670 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
671 \end_inset
672
673  and 
674 \begin_inset Formula $K$
675 \end_inset
676
677  is clearly visible in the equations above.
678  
679 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
680 \end_inset
681
682  represents a frequency of the order one per free-fall time.
683  
684 \begin_inset Formula $K$
685 \end_inset
686
687  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
688  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
689  definitions of thermodynamic quantities, 
690 \begin_inset Formula 
691 \[
692 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}
693 \]
694
695 \end_inset
696
697
698 \begin_inset Formula 
699 \[
700 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}
701 \]
702
703 \end_inset
704
705  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
706 \emph on
707 stability
708 \emph default
709  given below: 
710 \begin_inset Formula 
711 \begin{eqnarray}
712 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
713 \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}\\
714 \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}
715 \end{eqnarray}
716
717 \end_inset
718
719  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
720 \begin_inset CommandInset citation
721 LatexCommand cite
722 key "Abernethy2003"
723 literal "true"
724
725 \end_inset
726
727 ) or Cox (
728 \begin_inset CommandInset citation
729 LatexCommand cite
730 key "Parkin2005"
731 literal "true"
732
733 \end_inset
734
735 ).
736 \end_layout
737
738 \begin_layout Standard
739 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
740  respectively, can be factorized into 
741 \end_layout
742
743 \begin_layout Enumerate
744 a factor containing local timescales only, 
745 \end_layout
746
747 \begin_layout Enumerate
748 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
749  
750 \end_layout
751
752 \begin_layout Standard
753 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
754  The signs of the left hand sides of the inequalities
755 \begin_inset space ~
756 \end_inset
757
758 (
759 \begin_inset CommandInset ref
760 LatexCommand ref
761 reference "ZSDynSta"
762
763 \end_inset
764
765 ), (
766 \begin_inset CommandInset ref
767 LatexCommand ref
768 reference "ZSSecSta"
769
770 \end_inset
771
772 ) and (
773 \begin_inset CommandInset ref
774 LatexCommand ref
775 reference "ZSVibSta"
776
777 \end_inset
778
779 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
780  relations.
781  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
782  are 
783 \emph on
784  functions of the thermodynamic state in the local zone
785 \emph default
786 .
787  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
788  of state, given for example, as a function of density and temperature.
789  Once the microphysics, i.
790 \begin_inset space \thinspace{}
791 \end_inset
792
793 g.
794 \begin_inset space \space{}
795 \end_inset
796
797 the thermodynamics and opacities (see Table
798 \begin_inset space ~
799 \end_inset
800
801
802 \begin_inset CommandInset ref
803 LatexCommand ref
804 reference "tab:KapSou"
805
806 \end_inset
807
808 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
809  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
810  The zone – or in other words the layer – will be stable or unstable in
811  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
812  assumptions.
813  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
814  different for layers in different objects.
815 \end_layout
816
817 \begin_layout Standard
818 \begin_inset Float table
819 wide false
820 sideways false
821 status open
822
823 \begin_layout Plain Layout
824 \begin_inset Caption Standard
825
826 \begin_layout Plain Layout
827 \begin_inset CommandInset label
828 LatexCommand label
829 name "tab:KapSou"
830
831 \end_inset
832
833 Opacity sources
834 \end_layout
835
836 \end_inset
837
838
839 \end_layout
840
841 \begin_layout Plain Layout
842 \align center
843 \begin_inset Tabular
844 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
845 <features tabularvalignment="middle">
846 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
847 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
848 <row>
849 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
850 \begin_inset Text
851
852 \begin_layout Plain Layout
853 Source
854 \end_layout
855
856 \end_inset
857 </cell>
858 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
859 \begin_inset Text
860
861 \begin_layout Plain Layout
862 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
863 \end_inset
864
865
866 \end_layout
867
868 \end_inset
869 </cell>
870 </row>
871 <row>
872 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
873 \begin_inset Text
874
875 \begin_layout Plain Layout
876 Yorke 1979, Yorke 1980a
877 \end_layout
878
879 \end_inset
880 </cell>
881 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
882 \begin_inset Text
883
884 \begin_layout Plain Layout
885 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
886 \end_inset
887
888
889 \end_layout
890
891 \end_inset
892 </cell>
893 </row>
894 <row>
895 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
896 \begin_inset Text
897
898 \begin_layout Plain Layout
899 Krügel 1971
900 \end_layout
901
902 \end_inset
903 </cell>
904 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
905 \begin_inset Text
906
907 \begin_layout Plain Layout
908 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
909 \end_inset
910
911  
912 \end_layout
913
914 \end_inset
915 </cell>
916 </row>
917 <row>
918 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
919 \begin_inset Text
920
921 \begin_layout Plain Layout
922 Cox & Stewart 1969
923 \end_layout
924
925 \end_inset
926 </cell>
927 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
928 \begin_inset Text
929
930 \begin_layout Plain Layout
931 \begin_inset Formula $5000\leq$
932 \end_inset
933
934
935 \end_layout
936
937 \end_inset
938 </cell>
939 </row>
940 </lyxtabular>
941
942 \end_inset
943
944
945 \end_layout
946
947 \begin_layout Plain Layout
948 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
949 \end_inset
950
951 This is footnote a
952 \end_layout
953
954 \end_inset
955
956  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
957  of the left-hand sides of the inequalities (
958 \begin_inset CommandInset ref
959 LatexCommand ref
960 reference "ZSDynSta"
961
962 \end_inset
963
964 ), (
965 \begin_inset CommandInset ref
966 LatexCommand ref
967 reference "ZSSecSta"
968
969 \end_inset
970
971 ) and (
972 \begin_inset CommandInset ref
973 LatexCommand ref
974 reference "ZSVibSta"
975
976 \end_inset
977
978 ) and thereby obtain 
979 \emph on
980 stability equations of state
981 \emph default
982 .
983 \end_layout
984
985 \begin_layout Standard
986 The sign determining part of inequality
987 \begin_inset space ~
988 \end_inset
989
990 (
991 \begin_inset CommandInset ref
992 LatexCommand ref
993 reference "ZSDynSta"
994
995 \end_inset
996
997 ) is 
998 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
999 \end_inset
1000
1001  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
1002 \begin_inset Formula 
1003 \begin{equation}
1004 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot
1005 \end{equation}
1006
1007 \end_inset
1008
1009  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
1010 \begin_inset Formula 
1011 \begin{equation}
1012 \chi_{\rho}^{}>0,\;\;c_{v}>0\,,
1013 \end{equation}
1014
1015 \end_inset
1016
1017  and 
1018 \begin_inset Formula 
1019 \begin{equation}
1020 \chi_{T}^{}>0
1021 \end{equation}
1022
1023 \end_inset
1024
1025  holds for a wide range of physical situations.
1026  With 
1027 \begin_inset Formula 
1028 \begin{eqnarray}
1029 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
1030 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
1031 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0
1032 \end{eqnarray}
1033
1034 \end_inset
1035
1036  we find the sign determining terms in inequalities
1037 \begin_inset space ~
1038 \end_inset
1039
1040 (
1041 \begin_inset CommandInset ref
1042 LatexCommand ref
1043 reference "ZSSecSta"
1044
1045 \end_inset
1046
1047 ) and (
1048 \begin_inset CommandInset ref
1049 LatexCommand ref
1050 reference "ZSVibSta"
1051
1052 \end_inset
1053
1054 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
1055  secular and vibrational 
1056 \emph on
1057 stability
1058 \emph default
1059 , respectively: 
1060 \begin_inset Formula 
1061 \begin{eqnarray}
1062 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
1063 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
1064 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}
1065 \end{eqnarray}
1066
1067 \end_inset
1068
1069  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
1070 c state (say 
1071 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
1072 \end_inset
1073
1074 ) of the zone.
1075  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
1076 e relations 
1077 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
1078 \end_inset
1079
1080
1081 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
1082 \end_inset
1083
1084
1085 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
1086 \end_inset
1087
1088
1089 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
1090 \end_inset
1091
1092 .
1093  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
1094  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
1095  state 
1096 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\,S_{\mathrm{sec}}$
1097 \end_inset
1098
1099  and 
1100 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1101 \end_inset
1102
1103 .
1104  See Fig.
1105 \begin_inset space ~
1106 \end_inset
1107
1108
1109 \begin_inset CommandInset ref
1110 LatexCommand ref
1111 reference "fig:VibStabEquation"
1112
1113 \end_inset
1114
1115  for a picture of 
1116 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1117 \end_inset
1118
1119 .
1120  Regions of secular instability are listed in Table
1121 \begin_inset space ~
1122 \end_inset
1123
1124 1.
1125 \end_layout
1126
1127 \begin_layout Standard
1128 \begin_inset Float figure
1129 wide false
1130 sideways false
1131 status open
1132
1133 \begin_layout Plain Layout
1134 \begin_inset Caption Standard
1135
1136 \begin_layout Plain Layout
1137 \begin_inset CommandInset label
1138 LatexCommand label
1139 name "fig:VibStabEquation"
1140
1141 \end_inset
1142
1143 Vibrational stability equation of state 
1144 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
1145 \end_inset
1146
1147 .
1148  
1149 \begin_inset Formula $>0$
1150 \end_inset
1151
1152  means vibrational stability 
1153 \end_layout
1154
1155 \end_inset
1156
1157
1158 \end_layout
1159
1160 \end_inset
1161
1162
1163 \end_layout
1164
1165 \begin_layout Section
1166 Conclusions
1167 \end_layout
1168
1169 \begin_layout Enumerate
1170 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1171  as described by Baker's (
1172 \begin_inset CommandInset citation
1173 LatexCommand cite
1174 key "Abernethy2003"
1175 literal "true"
1176
1177 \end_inset
1178
1179 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1180  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1181  state of the layer.
1182  
1183 \end_layout
1184
1185 \begin_layout Enumerate
1186 If the constitutive relations – equations of state and Rosseland mean opacities
1187  – are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1188  specifying properties of the layer.
1189  
1190 \end_layout
1191
1192 \begin_layout Enumerate
1193 For solar composition gas the 
1194 \begin_inset Formula $\kappa$
1195 \end_inset
1196
1197 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1198  opacities, the 
1199 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1200 \end_inset
1201
1202  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1203  by vibrational instability.
1204  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1205 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1206  
1207 \end_layout
1208
1209 \begin_layout Acknowledgement
1210 Part of this work was supported by the German 
1211 \emph on
1212 Deut\SpecialChar softhyphen
1213 sche For\SpecialChar softhyphen
1214 schungs\SpecialChar softhyphen
1215 ge\SpecialChar softhyphen
1216 mein\SpecialChar softhyphen
1217 schaft, DFG
1218 \emph default
1219  project number Ts
1220 \begin_inset space ~
1221 \end_inset
1222
1223 17/2–1.
1224 \end_layout
1225
1226 \begin_layout Standard
1227 \begin_inset CommandInset bibtex
1228 LatexCommand bibtex
1229 btprint "btPrintAll"
1230 bibfiles "biblioExample"
1231 options "aa"
1232
1233 \end_inset
1234
1235
1236 \begin_inset Note Note
1237 status open
1238
1239 \begin_layout Plain Layout
1240
1241 \series bold
1242 Note:
1243 \series default
1244  If you cannot see the bibliography in the output, assure that you have
1245  gievn the full path to the Bib\SpecialChar TeX
1246  style file 
1247 \family sans
1248 aa.bst
1249 \family default
1250  that is part of the A&A \SpecialChar LaTeX
1251 -package.
1252 \end_layout
1253
1254 \end_inset
1255
1256
1257 \end_layout
1258
1259 \end_body
1260 \end_document