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Japanese splash from Koji.
[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 1.6.0rc5 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 344
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7 \usepackage{graphicx}
8 %
9 \end_preamble
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45 \author "" 
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47
48 \begin_body
49
50 \begin_layout Standard
51 \begin_inset Note Note
52 status open
53
54 \begin_layout Plain Layout
55 Depending on the submission state and the abstract layout, you need to use
56  different document class options that are listed in the aa manual 
57 \family sans
58 aadoc.pdf
59 \family default
60 .
61 \end_layout
62
63 \end_inset
64
65
66 \end_layout
67
68 \begin_layout Title
69 Hydrodynamics of giant planet formation
70 \end_layout
71
72 \begin_layout Subtitle
73 I.
74  Overviewing the 
75 \begin_inset Formula $\kappa$
76 \end_inset
77
78 -mechanism
79 \end_layout
80
81 \begin_layout Author
82 G.
83  Wuchterl
84 \begin_inset Flex institutemark
85 status open
86
87 \begin_layout Plain Layout
88 1
89 \end_layout
90
91 \end_inset
92
93
94 \begin_inset ERT
95 status collapsed
96
97 \begin_layout Plain Layout
98
99
100 \backslash
101 and 
102 \end_layout
103
104 \end_inset
105
106  C.
107  Ptolemy
108 \begin_inset Flex institutemark
109 status collapsed
110
111 \begin_layout Plain Layout
112 2
113 \end_layout
114
115 \end_inset
116
117
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119 status collapsed
120
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122
123
124 \backslash
125 fnmsep 
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127
128 \end_inset
129
130
131 \begin_inset Foot
132 status collapsed
133
134 \begin_layout Plain Layout
135 Just to show the usage of the elements in the author field
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137
138 \end_inset
139
140  
141 \begin_inset Note Note
142 status collapsed
143
144 \begin_layout Plain Layout
145
146 \backslash
147 fnmsep is only needed for more than one consecutive notes/marks
148 \end_layout
149
150 \end_inset
151
152
153 \end_layout
154
155 \begin_layout Offprint
156 G.
157  Wuchterl
158 \end_layout
159
160 \begin_layout Address
161 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
162  17, A-1180 Vienna
163 \begin_inset Newline newline
164 \end_inset
165
166
167 \begin_inset Flex Email
168 status open
169
170 \begin_layout Plain Layout
171 wuchterl@amok.ast.univie.ac.at
172 \end_layout
173
174 \end_inset
175
176
177 \begin_inset ERT
178 status collapsed
179
180 \begin_layout Plain Layout
181
182
183 \backslash
184 and 
185 \end_layout
186
187 \end_inset
188
189 University of Alexandria, Department of Geography, ...
190 \begin_inset Newline newline
191 \end_inset
192
193
194 \begin_inset Flex Email
195 status collapsed
196
197 \begin_layout Plain Layout
198 c.ptolemy@hipparch.uheaven.space
199 \end_layout
200
201 \end_inset
202
203
204 \begin_inset Foot
205 status collapsed
206
207 \begin_layout Plain Layout
208 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
209 \end_layout
210
211 \end_inset
212
213  
214 \end_layout
215
216 \begin_layout Date
217 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
218 \end_layout
219
220 \begin_layout Abstract
221 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar \-
222 leated instability' of proto
223  giant planets, the stability of layers in static, radiative gas spheres
224  is analysed on the basis of Baker's standard one-zone model.
225  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
226  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
227  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
228  equations of state which are universal for a given composition.
229  The stability equations of state are calculated for solar composition and
230  are displayed in the domain 
231 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
232 \end_inset
233
234
235 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
236 \end_inset
237
238 .
239  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
240  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
241  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
242  specified by state quantities as density 
243 \begin_inset Formula $\rho$
244 \end_inset
245
246 , temperature 
247 \begin_inset Formula $T$
248 \end_inset
249
250  or specific internal energy 
251 \begin_inset Formula $e$
252 \end_inset
253
254 .
255  Regions of instability in the 
256 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
257 \end_inset
258
259 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
260  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
261  lower than the second He ionisation zone.
262  The 
263 \begin_inset Formula $\kappa$
264 \end_inset
265
266 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
267 \begin_inset Note Note
268 status open
269
270 \begin_layout Plain Layout
271 Citations are not allowed in A&A abstracts.
272 \end_layout
273
274 \end_inset
275
276
277 \begin_inset Note Note
278 status open
279
280 \begin_layout Plain Layout
281 This is the unstructured abstract type, an example for the structured abstract
282  is in the 
283 \family sans
284 aa.lyx
285 \family default
286  template file that comes with LyX.
287 \end_layout
288
289 \end_inset
290
291
292 \end_layout
293
294 \begin_layout Keywords
295 giant planet formation -- 
296 \begin_inset Formula $\kappa$
297 \end_inset
298
299 -mechanism -- stability of gas spheres
300 \end_layout
301
302 \begin_layout Section
303 Introduction
304 \end_layout
305
306 \begin_layout Standard
307 In the 
308 \emph on
309 nucleated instability
310 \emph default
311  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
312  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
313  Mizuno (
314 \begin_inset CommandInset citation
315 LatexCommand cite
316 key "mizuno"
317
318 \end_inset
319
320 ) determined the critical mass of the core to be about 
321 \begin_inset Formula $12\, M_{\oplus}$
322 \end_inset
323
324  (
325 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
326 \end_inset
327
328  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
329  and therefore independent of the location in the solar nebula.
330  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
331  of today's giant planets.
332 \end_layout
333
334 \begin_layout Standard
335 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
336  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
337  critical mass.
338  The main motivation for this article is to investigate the stability of
339  the static envelope at the critical mass.
340  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
341  is investigated on the basis of Baker's (
342 \begin_inset CommandInset citation
343 LatexCommand cite
344 key "baker"
345
346 \end_inset
347
348 ) standard one-zone model.
349 \end_layout
350
351 \begin_layout Standard
352 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
353  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
354  protostellar cores explode (Tscharnuter 
355 \begin_inset CommandInset citation
356 LatexCommand cite
357 key "tscharnuter"
358
359 \end_inset
360
361 , Balluch 
362 \begin_inset CommandInset citation
363 LatexCommand cite
364 key "balluch"
365
366 \end_inset
367
368 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
369  The similarities in the (micro)physics, i.
370 \begin_inset space \thinspace{}
371 \end_inset
372
373 g.
374 \begin_inset space \space{}
375 \end_inset
376
377 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
378  as a further motivation for this study.
379 \end_layout
380
381 \begin_layout Section
382 Baker's standard one-zone model
383 \end_layout
384
385 \begin_layout Standard
386 \begin_inset Float figure
387 wide true
388 sideways false
389 status open
390
391 \begin_layout Plain Layout
392 \begin_inset Caption
393
394 \begin_layout Plain Layout
395 Adiabatic exponent 
396 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
397 \end_inset
398
399 .
400  
401 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
402 \end_inset
403
404  is plotted as a function of 
405 \begin_inset Formula $\lg$
406 \end_inset
407
408  internal energy 
409 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
410 \end_inset
411
412  and 
413 \begin_inset Formula $\lg$
414 \end_inset
415
416  density 
417 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
418 \end_inset
419
420
421 \end_layout
422
423 \end_inset
424
425
426 \end_layout
427
428 \begin_layout Plain Layout
429 \begin_inset CommandInset label
430 LatexCommand label
431 name "FigGam"
432
433 \end_inset
434
435
436 \end_layout
437
438 \end_inset
439
440  In this section the one-zone model of Baker (
441 \begin_inset CommandInset citation
442 LatexCommand cite
443 key "baker"
444
445 \end_inset
446
447 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
448  reviewed.
449  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
450  variables, local timescales and constitutive relations.
451 \end_layout
452
453 \begin_layout Standard
454 Baker (
455 \begin_inset CommandInset citation
456 LatexCommand cite
457 key "baker"
458
459 \end_inset
460
461 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
462  gas clouds with the following properties: 
463 \end_layout
464
465 \begin_layout Itemize
466 hydrostatic equilibrium, 
467 \end_layout
468
469 \begin_layout Itemize
470 thermal equilibrium, 
471 \end_layout
472
473 \begin_layout Itemize
474 energy transport by grey radiation diffusion.
475  
476 \end_layout
477
478 \begin_layout Standard
479 \noindent
480 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
481  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
482 \begin_inset space \space{}
483 \end_inset
484
485 (34a,
486 \begin_inset space \thinspace{}
487 \end_inset
488
489 b,
490 \begin_inset space \thinspace{}
491 \end_inset
492
493 c) in Baker 
494 \begin_inset CommandInset citation
495 LatexCommand cite
496 key "baker"
497
498 \end_inset
499
500 ).
501  Using Baker's notation:
502 \end_layout
503
504 \begin_layout Standard
505 \align left
506 \begin_inset Formula \begin{eqnarray*}
507 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
508 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
509 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
510 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
511 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
512 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
513 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}\end{eqnarray*}
514
515 \end_inset
516
517  
518 \end_layout
519
520 \begin_layout Standard
521 \noindent
522 and with the definitions of the 
523 \emph on
524 local cooling time
525 \emph default
526  (see Fig.
527 \begin_inset space ~
528 \end_inset
529
530
531 \begin_inset CommandInset ref
532 LatexCommand ref
533 reference "FigGam"
534
535 \end_inset
536
537
538 \begin_inset Formula \begin{equation}
539 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,\end{equation}
540
541 \end_inset
542
543  and the 
544 \emph on
545 local free-fall time
546 \emph default
547
548 \begin_inset Formula \begin{equation}
549 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,\end{equation}
550
551 \end_inset
552
553  Baker's 
554 \begin_inset Formula $K$
555 \end_inset
556
557  and 
558 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
559 \end_inset
560
561  have the following form: 
562 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
563 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
564 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;\end{eqnarray}
565
566 \end_inset
567
568  where 
569 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
570 \end_inset
571
572  has been used and 
573 \begin_inset Formula \begin{equation}
574 \begin{array}{l}
575 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
576 e=mc^{2}\end{array}\end{equation}
577
578 \end_inset
579
580  is a thermodynamical quantity which is of order 
581 \begin_inset Formula $1$
582 \end_inset
583
584  and equal to 
585 \begin_inset Formula $1$
586 \end_inset
587
588  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
589  The physical meaning of 
590 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
591 \end_inset
592
593  and 
594 \begin_inset Formula $K$
595 \end_inset
596
597  is clearly visible in the equations above.
598  
599 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
600 \end_inset
601
602  represents a frequency of the order one per free-fall time.
603  
604 \begin_inset Formula $K$
605 \end_inset
606
607  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
608  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
609  definitions of thermodynamic quantities, 
610 \begin_inset Formula \[
611 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}\]
612
613 \end_inset
614
615
616 \begin_inset Formula \[
617 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}\]
618
619 \end_inset
620
621  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
622 \emph on
623 stability
624 \emph default
625  given below: 
626 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
627 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
628 \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}\\
629 \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}\end{eqnarray}
630
631 \end_inset
632
633  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
634 \begin_inset CommandInset citation
635 LatexCommand cite
636 key "baker"
637
638 \end_inset
639
640 ) or Cox (
641 \begin_inset CommandInset citation
642 LatexCommand cite
643 key "cox"
644
645 \end_inset
646
647 ).
648 \end_layout
649
650 \begin_layout Standard
651 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
652  respectively, can be factorized into 
653 \end_layout
654
655 \begin_layout Enumerate
656 a factor containing local timescales only, 
657 \end_layout
658
659 \begin_layout Enumerate
660 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
661  
662 \end_layout
663
664 \begin_layout Standard
665 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
666  The signs of the left hand sides of the inequalities
667 \begin_inset space ~
668 \end_inset
669
670 (
671 \begin_inset CommandInset ref
672 LatexCommand ref
673 reference "ZSDynSta"
674
675 \end_inset
676
677 ), (
678 \begin_inset CommandInset ref
679 LatexCommand ref
680 reference "ZSSecSta"
681
682 \end_inset
683
684 ) and (
685 \begin_inset CommandInset ref
686 LatexCommand ref
687 reference "ZSVibSta"
688
689 \end_inset
690
691 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
692  relations.
693  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
694  are 
695 \emph on
696  functions of the thermodynamic state in the local zone
697 \emph default
698 .
699  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
700  of state, given for example, as a function of density and temperature.
701  Once the microphysics, i.
702 \begin_inset space \thinspace{}
703 \end_inset
704
705 g.
706 \begin_inset space \space{}
707 \end_inset
708
709 the thermodynamics and opacities (see Table
710 \begin_inset space ~
711 \end_inset
712
713
714 \begin_inset CommandInset ref
715 LatexCommand ref
716 reference "KapSou"
717
718 \end_inset
719
720 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
721  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
722  The zone -- or in other words the layer -- will be stable or unstable in
723  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
724  assumptions.
725  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
726  different for layers in different objects.
727 \end_layout
728
729 \begin_layout Standard
730 \begin_inset Float table
731 wide false
732 sideways false
733 status open
734
735 \begin_layout Plain Layout
736 \begin_inset Caption
737
738 \begin_layout Plain Layout
739 \begin_inset CommandInset label
740 LatexCommand label
741 name "KapSou"
742
743 \end_inset
744
745 Opacity sources
746 \end_layout
747
748 \end_inset
749
750
751 \end_layout
752
753 \begin_layout Plain Layout
754 \begin_inset Tabular
755 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
756 <features>
757 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
758 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
759 <row>
760 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
761 \begin_inset Text
762
763 \begin_layout Plain Layout
764 Source
765 \end_layout
766
767 \end_inset
768 </cell>
769 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
770 \begin_inset Text
771
772 \begin_layout Plain Layout
773 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
774 \end_inset
775
776
777 \end_layout
778
779 \end_inset
780 </cell>
781 </row>
782 <row>
783 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
784 \begin_inset Text
785
786 \begin_layout Plain Layout
787 Yorke 1979, Yorke 1980a
788 \end_layout
789
790 \end_inset
791 </cell>
792 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
793 \begin_inset Text
794
795 \begin_layout Plain Layout
796 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
797 \end_inset
798
799
800 \end_layout
801
802 \end_inset
803 </cell>
804 </row>
805 <row>
806 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
807 \begin_inset Text
808
809 \begin_layout Plain Layout
810 Krügel 1971
811 \end_layout
812
813 \end_inset
814 </cell>
815 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
816 \begin_inset Text
817
818 \begin_layout Plain Layout
819 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
820 \end_inset
821
822  
823 \end_layout
824
825 \end_inset
826 </cell>
827 </row>
828 <row>
829 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
830 \begin_inset Text
831
832 \begin_layout Plain Layout
833 Cox & Stewart 1969
834 \end_layout
835
836 \end_inset
837 </cell>
838 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
839 \begin_inset Text
840
841 \begin_layout Plain Layout
842 \begin_inset Formula $5000\leq$
843 \end_inset
844
845
846 \end_layout
847
848 \end_inset
849 </cell>
850 </row>
851 </lyxtabular>
852
853 \end_inset
854
855
856 \end_layout
857
858 \begin_layout Plain Layout
859 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
860 \end_inset
861
862 This is footnote a
863 \end_layout
864
865 \end_inset
866
867  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
868  of the left-hand sides of the inequalities (
869 \begin_inset CommandInset ref
870 LatexCommand ref
871 reference "ZSDynSta"
872
873 \end_inset
874
875 ), (
876 \begin_inset CommandInset ref
877 LatexCommand ref
878 reference "ZSSecSta"
879
880 \end_inset
881
882 ) and (
883 \begin_inset CommandInset ref
884 LatexCommand ref
885 reference "ZSVibSta"
886
887 \end_inset
888
889 ) and thereby obtain 
890 \emph on
891 stability equations of state
892 \emph default
893 .
894 \end_layout
895
896 \begin_layout Standard
897 The sign determining part of inequality
898 \begin_inset space ~
899 \end_inset
900
901 (
902 \begin_inset CommandInset ref
903 LatexCommand ref
904 reference "ZSDynSta"
905
906 \end_inset
907
908 ) is 
909 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
910 \end_inset
911
912  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
913 \begin_inset Formula \begin{equation}
914 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot\end{equation}
915
916 \end_inset
917
918  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
919 \begin_inset Formula \begin{equation}
920 \chi_{\rho}^{}>0,\;\; c_{v}>0\,,\end{equation}
921
922 \end_inset
923
924  and 
925 \begin_inset Formula \begin{equation}
926 \chi_{T}^{}>0\end{equation}
927
928 \end_inset
929
930  holds for a wide range of physical situations.
931  With 
932 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
933 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
934 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
935 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0\end{eqnarray}
936
937 \end_inset
938
939  we find the sign determining terms in inequalities
940 \begin_inset space ~
941 \end_inset
942
943 (
944 \begin_inset CommandInset ref
945 LatexCommand ref
946 reference "ZSSecSta"
947
948 \end_inset
949
950 ) and (
951 \begin_inset CommandInset ref
952 LatexCommand ref
953 reference "ZSVibSta"
954
955 \end_inset
956
957 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
958  secular and vibrational 
959 \emph on
960 stability
961 \emph default
962 , respectively: 
963 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
964 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
965 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
966 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}\end{eqnarray}
967
968 \end_inset
969
970  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
971 c state (say 
972 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
973 \end_inset
974
975 ) of the zone.
976  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
977 e relations 
978 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
979 \end_inset
980
981
982 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
983 \end_inset
984
985
986 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
987 \end_inset
988
989
990 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
991 \end_inset
992
993 .
994  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
995  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
996  state 
997 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\, S_{\mathrm{sec}}$
998 \end_inset
999
1000  and 
1001 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1002 \end_inset
1003
1004 .
1005  See Fig.
1006 \begin_inset space ~
1007 \end_inset
1008
1009
1010 \begin_inset CommandInset ref
1011 LatexCommand ref
1012 reference "FigVibStab"
1013
1014 \end_inset
1015
1016  for a picture of 
1017 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1018 \end_inset
1019
1020 .
1021  Regions of secular instability are listed in Table
1022 \begin_inset space ~
1023 \end_inset
1024
1025 1.
1026 \end_layout
1027
1028 \begin_layout Standard
1029 \begin_inset Float figure
1030 wide false
1031 sideways false
1032 status open
1033
1034 \begin_layout Plain Layout
1035 \begin_inset Caption
1036
1037 \begin_layout Plain Layout
1038 Vibrational stability equation of state 
1039 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
1040 \end_inset
1041
1042 .
1043  
1044 \begin_inset Formula $>0$
1045 \end_inset
1046
1047  means vibrational stability 
1048 \end_layout
1049
1050 \end_inset
1051
1052
1053 \end_layout
1054
1055 \begin_layout Plain Layout
1056 \begin_inset CommandInset label
1057 LatexCommand label
1058 name "FigVibStab"
1059
1060 \end_inset
1061
1062
1063 \end_layout
1064
1065 \end_inset
1066
1067
1068 \end_layout
1069
1070 \begin_layout Section
1071 Conclusions
1072 \end_layout
1073
1074 \begin_layout Enumerate
1075 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1076  as described by Baker's (
1077 \begin_inset CommandInset citation
1078 LatexCommand cite
1079 key "baker"
1080
1081 \end_inset
1082
1083 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1084  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1085  state of the layer.
1086  
1087 \end_layout
1088
1089 \begin_layout Enumerate
1090 If the constitutive relations -- equations of state and Rosseland mean opacities
1091  -- are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1092  specifying properties of the layer.
1093  
1094 \end_layout
1095
1096 \begin_layout Enumerate
1097 For solar composition gas the 
1098 \begin_inset Formula $\kappa$
1099 \end_inset
1100
1101 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1102  opacities, the 
1103 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1104 \end_inset
1105
1106  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1107  by vibrational instability.
1108  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1109 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1110  
1111 \end_layout
1112
1113 \begin_layout Acknowledgement
1114 Part of this work was supported by the German 
1115 \emph on
1116 Deut\SpecialChar \-
1117 sche For\SpecialChar \-
1118 schungs\SpecialChar \-
1119 ge\SpecialChar \-
1120 mein\SpecialChar \-
1121 schaft, DFG
1122 \emph default
1123  project number Ts
1124 \begin_inset space ~
1125 \end_inset
1126
1127 17/2--1.
1128 \end_layout
1129
1130 \begin_layout Standard
1131 \begin_inset Note Note
1132 status open
1133
1134 \begin_layout Plain Layout
1135 You can alternatively use BibTeX.
1136  You must then use the BibTeX style 
1137 \family sans
1138 aa.bst
1139 \family default
1140  that is part of the A&A LaTeX-package.
1141 \end_layout
1142
1143 \end_inset
1144
1145
1146 \end_layout
1147
1148 \begin_layout Bibliography
1149 \begin_inset CommandInset bibitem
1150 LatexCommand bibitem
1151 label "1966"
1152 key "baker"
1153
1154 \end_inset
1155
1156  Baker, N.
1157  1966, in Stellar Evolution, ed.
1158 \begin_inset space \space{}
1159 \end_inset
1160
1161 R.
1162  F.
1163  Stein,& A.
1164  G.
1165  W.
1166  Cameron (Plenum, New York) 333
1167 \end_layout
1168
1169 \begin_layout Bibliography
1170 \begin_inset CommandInset bibitem
1171 LatexCommand bibitem
1172 label "1988"
1173 key "balluch"
1174
1175 \end_inset
1176
1177  Balluch, M.
1178  1988, A&A, 200, 58
1179 \end_layout
1180
1181 \begin_layout Bibliography
1182 \begin_inset CommandInset bibitem
1183 LatexCommand bibitem
1184 label "1980"
1185 key "cox"
1186
1187 \end_inset
1188
1189  Cox, J.
1190  P.
1191  1980, Theory of Stellar Pulsation (Princeton University Press, Princeton)
1192  165
1193 \end_layout
1194
1195 \begin_layout Bibliography
1196 \begin_inset CommandInset bibitem
1197 LatexCommand bibitem
1198 label "1969"
1199 key "cox69"
1200
1201 \end_inset
1202
1203  Cox, A.
1204  N.,& Stewart, J.
1205  N.
1206  1969, Academia Nauk, Scientific Information 15, 1
1207 \end_layout
1208
1209 \begin_layout Bibliography
1210 \begin_inset CommandInset bibitem
1211 LatexCommand bibitem
1212 label "1980"
1213 key "mizuno"
1214
1215 \end_inset
1216
1217  Mizuno H.
1218  1980, Prog.
1219  Theor.
1220  Phys., 64, 544 
1221 \end_layout
1222
1223 \begin_layout Bibliography
1224 \begin_inset CommandInset bibitem
1225 LatexCommand bibitem
1226 label "1987"
1227 key "tscharnuter"
1228
1229 \end_inset
1230
1231  Tscharnuter W.
1232  M.
1233  1987, A&A, 188, 55 
1234 \end_layout
1235
1236 \begin_layout Bibliography
1237 \begin_inset CommandInset bibitem
1238 LatexCommand bibitem
1239 label "1992"
1240 key "terlevich"
1241
1242 \end_inset
1243
1244  Terlevich, R.
1245  1992, in ASP Conf.
1246  Ser.
1247  31, Relationships between Active Galactic Nuclei and Starburst Galaxies,
1248  ed.
1249  A.
1250  V.
1251  Filippenko, 13
1252 \end_layout
1253
1254 \begin_layout Bibliography
1255 \begin_inset CommandInset bibitem
1256 LatexCommand bibitem
1257 label "1980a"
1258 key "yorke80a"
1259
1260 \end_inset
1261
1262  Yorke, H.
1263  W.
1264  1980a, A&A, 86, 286
1265 \end_layout
1266
1267 \begin_layout Bibliography
1268 \begin_inset CommandInset bibitem
1269 LatexCommand bibitem
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1274
1275 Zheng, W., Davidsen, A.
1276  F., Tytler, D.
1277  & Kriss, G.
1278  A.
1279  1997, preprint 
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