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[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 1.6.0svn created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 344
3 \begin_document
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6 \begin_preamble
7 \usepackage{graphicx}
8 %
9 \end_preamble
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44 \author "" 
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46
47 \begin_body
48
49 \begin_layout Title
50 Hydrodynamics of giant planet formation
51 \end_layout
52
53 \begin_layout Subtitle
54 I.
55  Overviewing the 
56 \begin_inset Formula $\kappa$
57 \end_inset
58
59 -mechanism
60 \end_layout
61
62 \begin_layout Author
63 G.
64  Wuchterl 
65 \begin_inset ERT
66 status collapsed
67
68 \begin_layout Plain Layout
69
70
71 \backslash
72 inst{1} 
73 \backslash
74 and
75 \end_layout
76
77 \begin_layout Plain Layout
78
79           
80 \end_layout
81
82 \end_inset
83
84 C.
85  Ptolemy
86 \begin_inset ERT
87 status collapsed
88
89 \begin_layout Plain Layout
90
91
92 \backslash
93 inst{2}
94 \backslash
95 fnmsep
96 \end_layout
97
98 \end_inset
99
100
101 \begin_inset Foot
102 status collapsed
103
104 \begin_layout Plain Layout
105 Just to show the usage of the elements in the author field
106 \end_layout
107
108 \end_inset
109
110  
111 \end_layout
112
113 \begin_layout Offprint
114 G.
115  Wuchterl
116 \end_layout
117
118 \begin_layout Address
119 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
120  17, A-1180 Vienna
121 \begin_inset Newline newline
122 \end_inset
123
124
125 \begin_inset ERT
126 status collapsed
127
128 \begin_layout Plain Layout
129
130
131 \backslash
132 email{wuchterl@amok.ast.univie.ac.at} 
133 \backslash
134 and
135 \end_layout
136
137 \begin_layout Plain Layout
138
139 \end_layout
140
141 \end_inset
142
143 University of Alexandria, Department of Geography, ...
144 \begin_inset Newline newline
145 \end_inset
146
147
148 \begin_inset ERT
149 status collapsed
150
151 \begin_layout Plain Layout
152
153
154 \backslash
155 email{c.ptolemy@hipparch.uheaven.space}
156 \end_layout
157
158 \end_inset
159
160  
161 \begin_inset Foot
162 status collapsed
163
164 \begin_layout Plain Layout
165 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
166 \end_layout
167
168 \end_inset
169
170  
171 \end_layout
172
173 \begin_layout Date
174 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
175 \end_layout
176
177 \begin_layout Abstract
178 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar \-
179 leated instability' of proto
180  giant planets (Mizuno 
181 \begin_inset CommandInset citation
182 LatexCommand cite
183 key "mizuno"
184
185 \end_inset
186
187 ), the stability of layers in static, radiative gas spheres is analysed
188  on the basis of Baker's 
189 \begin_inset CommandInset citation
190 LatexCommand cite
191 key "baker"
192
193 \end_inset
194
195  standard one-zone model.
196  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
197  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
198  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
199  equations of state which are universal for a given composition.
200  The stability equations of state are calculated for solar composition and
201  are displayed in the domain 
202 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
203 \end_inset
204
205
206 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
207 \end_inset
208
209 .
210  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
211  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
212  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
213  specified by state quantities as density 
214 \begin_inset Formula $\rho$
215 \end_inset
216
217 , temperature 
218 \begin_inset Formula $T$
219 \end_inset
220
221  or specific internal energy 
222 \begin_inset Formula $e$
223 \end_inset
224
225 .
226  Regions of instability in the 
227 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
228 \end_inset
229
230 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
231  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
232  lower than the second He ionisation zone.
233  The 
234 \begin_inset Formula $\kappa$
235 \end_inset
236
237 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
238 \begin_inset ERT
239 status open
240
241 \begin_layout Plain Layout
242
243
244 \backslash
245 keywords{giant planet formation -- 
246 \backslash
247 (
248 \backslash
249 kappa
250 \backslash
251 )-mechanism -- stability of gas spheres }
252 \end_layout
253
254 \end_inset
255
256  
257 \end_layout
258
259 \begin_layout Section
260 Introduction
261 \end_layout
262
263 \begin_layout Standard
264 In the 
265 \emph on
266 nucleated instability
267 \emph default
268  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
269  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
270  Mizuno (
271 \begin_inset CommandInset citation
272 LatexCommand cite
273 key "mizuno"
274
275 \end_inset
276
277 ) determined the critical mass of the core to be about 
278 \begin_inset Formula $12\, M_{\oplus}$
279 \end_inset
280
281  (
282 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
283 \end_inset
284
285  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
286  and therefore independent of the location in the solar nebula.
287  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
288  of today's giant planets.
289 \end_layout
290
291 \begin_layout Standard
292 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
293  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
294  critical mass.
295  The main motivation for this article is to investigate the stability of
296  the static envelope at the critical mass.
297  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
298  is investigated on the basis of Baker's (
299 \begin_inset CommandInset citation
300 LatexCommand cite
301 key "baker"
302
303 \end_inset
304
305 ) standard one-zone model.
306 \end_layout
307
308 \begin_layout Standard
309 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
310  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
311  protostellar cores explode (Tscharnuter 
312 \begin_inset CommandInset citation
313 LatexCommand cite
314 key "tscharnuter"
315
316 \end_inset
317
318 , Balluch 
319 \begin_inset CommandInset citation
320 LatexCommand cite
321 key "balluch"
322
323 \end_inset
324
325 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
326  The similarities in the (micro)physics, i.e.
327 \begin_inset space \space{}
328 \end_inset
329
330 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
331  as a further motivation for this study.
332 \end_layout
333
334 \begin_layout Section
335 Baker's standard one-zone model
336 \end_layout
337
338 \begin_layout Standard
339 \begin_inset Float figure
340 wide true
341 sideways false
342 status open
343
344 \begin_layout Plain Layout
345 \begin_inset Caption
346
347 \begin_layout Plain Layout
348 Adiabatic exponent 
349 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
350 \end_inset
351
352 .
353  
354 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
355 \end_inset
356
357  is plotted as a function of 
358 \begin_inset Formula $\lg$
359 \end_inset
360
361  internal energy 
362 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
363 \end_inset
364
365  and 
366 \begin_inset Formula $\lg$
367 \end_inset
368
369  density 
370 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
371 \end_inset
372
373
374 \end_layout
375
376 \end_inset
377
378
379 \end_layout
380
381 \begin_layout Plain Layout
382 \begin_inset CommandInset label
383 LatexCommand label
384 name "FigGam"
385
386 \end_inset
387
388
389 \end_layout
390
391 \end_inset
392
393  In this section the one-zone model of Baker (
394 \begin_inset CommandInset citation
395 LatexCommand cite
396 key "baker"
397
398 \end_inset
399
400 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
401  reviewed.
402  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
403  variables, local timescales and constitutive relations.
404 \end_layout
405
406 \begin_layout Standard
407 Baker (
408 \begin_inset CommandInset citation
409 LatexCommand cite
410 key "baker"
411
412 \end_inset
413
414 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
415  gas clouds with the following properties: 
416 \end_layout
417
418 \begin_layout Itemize
419 hydrostatic equilibrium, 
420 \end_layout
421
422 \begin_layout Itemize
423 thermal equilibrium, 
424 \end_layout
425
426 \begin_layout Itemize
427 energy transport by grey radiation diffusion.
428  
429 \end_layout
430
431 \begin_layout Standard
432 \noindent
433 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
434  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
435 \begin_inset space \space{}
436 \end_inset
437
438 (34a,
439 \begin_inset space \thinspace{}
440 \end_inset
441
442 b,
443 \begin_inset space \thinspace{}
444 \end_inset
445
446 c) in Baker 
447 \begin_inset CommandInset citation
448 LatexCommand cite
449 key "baker"
450
451 \end_inset
452
453 ).
454  Using Baker's notation:
455 \end_layout
456
457 \begin_layout Standard
458 \align left
459 \begin_inset Formula \begin{eqnarray*}
460 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
461 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
462 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
463 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
464 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
465 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
466 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}\end{eqnarray*}
467
468 \end_inset
469
470  
471 \end_layout
472
473 \begin_layout Standard
474 \noindent
475 and with the definitions of the 
476 \emph on
477 local cooling time
478 \emph default
479  (see Fig.
480 \begin_inset space ~
481 \end_inset
482
483
484 \begin_inset CommandInset ref
485 LatexCommand ref
486 reference "FigGam"
487
488 \end_inset
489
490
491 \begin_inset Formula \begin{equation}
492 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,\end{equation}
493
494 \end_inset
495
496  and the 
497 \emph on
498 local free-fall time
499 \emph default
500
501 \begin_inset Formula \begin{equation}
502 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,\end{equation}
503
504 \end_inset
505
506  Baker's 
507 \begin_inset Formula $K$
508 \end_inset
509
510  and 
511 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
512 \end_inset
513
514  have the following form: 
515 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
516 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
517 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;\end{eqnarray}
518
519 \end_inset
520
521  where 
522 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
523 \end_inset
524
525  has been used and 
526 \begin_inset Formula \begin{equation}
527 \begin{array}{l}
528 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
529 e=mc^{2}\end{array}\end{equation}
530
531 \end_inset
532
533  is a thermodynamical quantity which is of order 
534 \begin_inset Formula $1$
535 \end_inset
536
537  and equal to 
538 \begin_inset Formula $1$
539 \end_inset
540
541  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
542  The physical meaning of 
543 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
544 \end_inset
545
546  and 
547 \begin_inset Formula $K$
548 \end_inset
549
550  is clearly visible in the equations above.
551  
552 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
553 \end_inset
554
555  represents a frequency of the order one per free-fall time.
556  
557 \begin_inset Formula $K$
558 \end_inset
559
560  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
561  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
562  definitions of thermodynamic quantities, 
563 \begin_inset Formula \[
564 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}\]
565
566 \end_inset
567
568
569 \begin_inset Formula \[
570 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}\]
571
572 \end_inset
573
574  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
575 \emph on
576 stability
577 \emph default
578  given below: 
579 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
580 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
581 \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}\\
582 \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}
583
584 \end_inset
585
586  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
587 \begin_inset CommandInset citation
588 LatexCommand cite
589 key "baker"
590
591 \end_inset
592
593 ) or Cox (
594 \begin_inset CommandInset citation
595 LatexCommand cite
596 key "cox"
597
598 \end_inset
599
600 ).
601 \end_layout
602
603 \begin_layout Standard
604 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
605  respectively, can be factorized into 
606 \end_layout
607
608 \begin_layout Enumerate
609 a factor containing local timescales only, 
610 \end_layout
611
612 \begin_layout Enumerate
613 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
614  
615 \end_layout
616
617 \begin_layout Standard
618 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
619  The signs of the left hand sides of the inequalities
620 \begin_inset space ~
621 \end_inset
622
623 (
624 \begin_inset CommandInset ref
625 LatexCommand ref
626 reference "ZSDynSta"
627
628 \end_inset
629
630 ), (
631 \begin_inset CommandInset ref
632 LatexCommand ref
633 reference "ZSSecSta"
634
635 \end_inset
636
637 ) and (
638 \begin_inset CommandInset ref
639 LatexCommand ref
640 reference "ZSVibSta"
641
642 \end_inset
643
644 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
645  relations.
646  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
647  are 
648 \emph on
649  functions of the thermodynamic state in the local zone
650 \emph default
651 .
652  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
653  of state, given for example, as a function of density and temperature.
654  Once the microphysics, i.e.
655 \begin_inset space \space{}
656 \end_inset
657
658 the thermodynamics and opacities (see Table
659 \begin_inset space ~
660 \end_inset
661
662
663 \begin_inset CommandInset ref
664 LatexCommand ref
665 reference "KapSou"
666
667 \end_inset
668
669 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
670  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
671  The zone -- or in other words the layer -- will be stable or unstable in
672  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
673  assumptions.
674  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
675  different for layers in different objects.
676 \end_layout
677
678 \begin_layout Standard
679 \begin_inset Float table
680 wide false
681 sideways false
682 status open
683
684 \begin_layout Plain Layout
685 \begin_inset Caption
686
687 \begin_layout Plain Layout
688 \begin_inset CommandInset label
689 LatexCommand label
690 name "KapSou"
691
692 \end_inset
693
694 Opacity sources
695 \end_layout
696
697 \end_inset
698
699
700 \end_layout
701
702 \begin_layout Plain Layout
703 \begin_inset Tabular
704 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
705 <features>
706 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
707 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
708 <row>
709 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
710 \begin_inset Text
711
712 \begin_layout Plain Layout
713 Source
714 \end_layout
715
716 \end_inset
717 </cell>
718 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
719 \begin_inset Text
720
721 \begin_layout Plain Layout
722 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
723 \end_inset
724
725
726 \end_layout
727
728 \end_inset
729 </cell>
730 </row>
731 <row>
732 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
733 \begin_inset Text
734
735 \begin_layout Plain Layout
736 Yorke 1979, Yorke 1980a
737 \end_layout
738
739 \end_inset
740 </cell>
741 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
742 \begin_inset Text
743
744 \begin_layout Plain Layout
745 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
746 \end_inset
747
748
749 \end_layout
750
751 \end_inset
752 </cell>
753 </row>
754 <row>
755 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
756 \begin_inset Text
757
758 \begin_layout Plain Layout
759 Krügel 1971
760 \end_layout
761
762 \end_inset
763 </cell>
764 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
765 \begin_inset Text
766
767 \begin_layout Plain Layout
768 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
769 \end_inset
770
771  
772 \end_layout
773
774 \end_inset
775 </cell>
776 </row>
777 <row>
778 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
779 \begin_inset Text
780
781 \begin_layout Plain Layout
782 Cox & Stewart 1969
783 \end_layout
784
785 \end_inset
786 </cell>
787 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
788 \begin_inset Text
789
790 \begin_layout Plain Layout
791 \begin_inset Formula $5000\leq$
792 \end_inset
793
794
795 \end_layout
796
797 \end_inset
798 </cell>
799 </row>
800 </lyxtabular>
801
802 \end_inset
803
804
805 \end_layout
806
807 \begin_layout Plain Layout
808 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
809 \end_inset
810
811 This is footnote a
812 \end_layout
813
814 \end_inset
815
816  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
817  of the left-hand sides of the inequalities (
818 \begin_inset CommandInset ref
819 LatexCommand ref
820 reference "ZSDynSta"
821
822 \end_inset
823
824 ), (
825 \begin_inset CommandInset ref
826 LatexCommand ref
827 reference "ZSSecSta"
828
829 \end_inset
830
831 ) and (
832 \begin_inset CommandInset ref
833 LatexCommand ref
834 reference "ZSVibSta"
835
836 \end_inset
837
838 ) and thereby obtain 
839 \emph on
840 stability equations of state
841 \emph default
842 .
843 \end_layout
844
845 \begin_layout Standard
846 The sign determining part of inequality
847 \begin_inset space ~
848 \end_inset
849
850 (
851 \begin_inset CommandInset ref
852 LatexCommand ref
853 reference "ZSDynSta"
854
855 \end_inset
856
857 ) is 
858 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
859 \end_inset
860
861  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
862 \begin_inset Formula \begin{equation}
863 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot\end{equation}
864
865 \end_inset
866
867  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
868 \begin_inset Formula \begin{equation}
869 \chi_{\rho}^{}>0,\;\; c_{v}>0\,,\end{equation}
870
871 \end_inset
872
873  and 
874 \begin_inset Formula \begin{equation}
875 \chi_{T}^{}>0\end{equation}
876
877 \end_inset
878
879  holds for a wide range of physical situations.
880  With 
881 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
882 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
883 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
884 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0\end{eqnarray}
885
886 \end_inset
887
888  we find the sign determining terms in inequalities
889 \begin_inset space ~
890 \end_inset
891
892 (
893 \begin_inset CommandInset ref
894 LatexCommand ref
895 reference "ZSSecSta"
896
897 \end_inset
898
899 ) and (
900 \begin_inset CommandInset ref
901 LatexCommand ref
902 reference "ZSVibSta"
903
904 \end_inset
905
906 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
907  secular and vibrational 
908 \emph on
909 stability
910 \emph default
911 , respectively: 
912 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
913 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
914 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
915 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}\end{eqnarray}
916
917 \end_inset
918
919  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
920 c state (say 
921 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
922 \end_inset
923
924 ) of the zone.
925  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
926 e relations 
927 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
928 \end_inset
929
930
931 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
932 \end_inset
933
934
935 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
936 \end_inset
937
938
939 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
940 \end_inset
941
942 .
943  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
944  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
945  state 
946 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\, S_{\mathrm{sec}}$
947 \end_inset
948
949  and 
950 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
951 \end_inset
952
953 .
954  See Fig.
955 \begin_inset space ~
956 \end_inset
957
958
959 \begin_inset CommandInset ref
960 LatexCommand ref
961 reference "FigVibStab"
962
963 \end_inset
964
965  for a picture of 
966 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
967 \end_inset
968
969 .
970  Regions of secular instability are listed in Table
971 \begin_inset space ~
972 \end_inset
973
974 1.
975 \end_layout
976
977 \begin_layout Standard
978 \begin_inset Float figure
979 wide false
980 sideways false
981 status open
982
983 \begin_layout Plain Layout
984 \begin_inset Caption
985
986 \begin_layout Plain Layout
987 Vibrational stability equation of state 
988 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
989 \end_inset
990
991 .
992  
993 \begin_inset Formula $>0$
994 \end_inset
995
996  means vibrational stability 
997 \end_layout
998
999 \end_inset
1000
1001
1002 \end_layout
1003
1004 \begin_layout Plain Layout
1005 \begin_inset CommandInset label
1006 LatexCommand label
1007 name "FigVibStab"
1008
1009 \end_inset
1010
1011
1012 \end_layout
1013
1014 \end_inset
1015
1016
1017 \end_layout
1018
1019 \begin_layout Section
1020 Conclusions
1021 \end_layout
1022
1023 \begin_layout Enumerate
1024 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1025  as described by Baker's (
1026 \begin_inset CommandInset citation
1027 LatexCommand cite
1028 key "baker"
1029
1030 \end_inset
1031
1032 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1033  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1034  state of the layer.
1035  
1036 \end_layout
1037
1038 \begin_layout Enumerate
1039 If the constitutive relations -- equations of state and Rosseland mean opacities
1040  -- are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1041  specifying properties of the layer.
1042  
1043 \end_layout
1044
1045 \begin_layout Enumerate
1046 For solar composition gas the 
1047 \begin_inset Formula $\kappa$
1048 \end_inset
1049
1050 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1051  opacities, the 
1052 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1053 \end_inset
1054
1055  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1056  by vibrational instability.
1057  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1058 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1059  
1060 \end_layout
1061
1062 \begin_layout Acknowledgement
1063 Part of this work was supported by the German 
1064 \emph on
1065 Deut\SpecialChar \-
1066 sche For\SpecialChar \-
1067 schungs\SpecialChar \-
1068 ge\SpecialChar \-
1069 mein\SpecialChar \-
1070 schaft, DFG
1071 \emph default
1072  project number Ts
1073 \begin_inset space ~
1074 \end_inset
1075
1076 17/2--1.
1077  
1078 \end_layout
1079
1080 \begin_layout Bibliography
1081 \begin_inset CommandInset bibitem
1082 LatexCommand bibitem
1083 label "1966"
1084 key "baker"
1085
1086 \end_inset
1087
1088  Baker, N.
1089  1966, in Stellar Evolution, ed.
1090 \begin_inset ERT
1091 status collapsed
1092
1093 \begin_layout Plain Layout
1094
1095
1096 \backslash
1097  
1098 \end_layout
1099
1100 \end_inset
1101
1102 R.
1103  F.
1104  Stein,& A.
1105  G.
1106  W.
1107  Cameron (Plenum, New York) 333
1108 \end_layout
1109
1110 \begin_layout Bibliography
1111 \begin_inset CommandInset bibitem
1112 LatexCommand bibitem
1113 label "1988"
1114 key "balluch"
1115
1116 \end_inset
1117
1118  Balluch, M.
1119  1988, A&A, 200, 58
1120 \end_layout
1121
1122 \begin_layout Bibliography
1123 \begin_inset CommandInset bibitem
1124 LatexCommand bibitem
1125 label "1980"
1126 key "cox"
1127
1128 \end_inset
1129
1130  Cox, J.
1131  P.
1132  1980, Theory of Stellar Pulsation (Princeton University Press, Princeton)
1133  165
1134 \end_layout
1135
1136 \begin_layout Bibliography
1137 \begin_inset CommandInset bibitem
1138 LatexCommand bibitem
1139 label "1969"
1140 key "cox69"
1141
1142 \end_inset
1143
1144  Cox, A.
1145  N.,& Stewart, J.
1146  N.
1147  1969, Academia Nauk, Scientific Information 15, 1
1148 \end_layout
1149
1150 \begin_layout Bibliography
1151 \begin_inset CommandInset bibitem
1152 LatexCommand bibitem
1153 label "1980"
1154 key "mizuno"
1155
1156 \end_inset
1157
1158  Mizuno H.
1159  1980, Prog.
1160  Theor.
1161  Phys., 64, 544 
1162 \end_layout
1163
1164 \begin_layout Bibliography
1165 \begin_inset CommandInset bibitem
1166 LatexCommand bibitem
1167 label "1987"
1168 key "tscharnuter"
1169
1170 \end_inset
1171
1172  Tscharnuter W.
1173  M.
1174  1987, A&A, 188, 55 
1175 \end_layout
1176
1177 \begin_layout Bibliography
1178 \begin_inset CommandInset bibitem
1179 LatexCommand bibitem
1180 label "1992"
1181 key "terlevich"
1182
1183 \end_inset
1184
1185  Terlevich, R.
1186  1992, in ASP Conf.
1187  Ser.
1188  31, Relationships between Active Galactic Nuclei and Starburst Galaxies,
1189  ed.
1190  A.
1191  V.
1192  Filippenko, 13
1193 \end_layout
1194
1195 \begin_layout Bibliography
1196 \begin_inset CommandInset bibitem
1197 LatexCommand bibitem
1198 label "1980a"
1199 key "yorke80a"
1200
1201 \end_inset
1202
1203  Yorke, H.
1204  W.
1205  1980a, A&A, 86, 286
1206 \end_layout
1207
1208 \begin_layout Bibliography
1209 \begin_inset CommandInset bibitem
1210 LatexCommand bibitem
1211 label "1997"
1212 key "zheng"
1213
1214 \end_inset
1215
1216 Zheng, W., Davidsen, A.
1217  F., Tytler, D.
1218  & Kriss, G.
1219  A.
1220  1997, preprint 
1221 \end_layout
1222
1223 \end_body
1224 \end_document