]> git.lyx.org Git - lyx.git/blob - lib/examples/aa_sample.lyx
Document the IBus + Qt4 known issue (#9362)
[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 2.2 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 503
3 \begin_document
4 \begin_header
5 \origin /systemlyxdir/examples/
6 \textclass aa
7 \use_default_options true
8 \maintain_unincluded_children false
9 \language english
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14 \font_sans "default" "default"
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39 \use_package mhchem 1
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54 \color #008000
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57 \tocdepth 3
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69 \end_header
70
71 \begin_body
72
73 \begin_layout Title
74 \begin_inset Note Note
75 status open
76
77 \begin_layout Plain Layout
78
79 \family roman
80 \series medium
81 \size normal
82 This is an example \SpecialCharNoPassThru LyX
83  file for articles to be submitted to the Journal
84  of Astronomy & Astrophysics (A&A).
85  How to install the A&A \SpecialCharNoPassThru LaTeX
86  class to your \SpecialCharNoPassThru LaTeX
87  system is explained in
88  
89 \begin_inset Flex URL
90 status open
91
92 \begin_layout Plain Layout
93
94 http://wiki.lyx.org/Layouts/Astronomy-Astrophysics
95 \end_layout
96
97 \end_inset
98
99 .
100 \begin_inset Newline newline
101 \end_inset
102
103 Depending on the submission state and the abstract layout, you need to use
104  different document class options that are listed in the aa manual.
105 \family default
106
107 \begin_inset Newline newline
108 \end_inset
109
110
111 \family roman
112 \series default
113 Note:
114 \series medium
115  If you use accented characters in your document, you must use the predefined
116  document class option 
117 \series default
118 latin9
119 \series medium
120  in the document settings.
121 \end_layout
122
123 \end_inset
124
125
126 \end_layout
127
128 \begin_layout Title
129 Hydrodynamics of giant planet formation
130 \end_layout
131
132 \begin_layout Subtitle
133 I.
134  Overviewing the 
135 \begin_inset Formula $\kappa$
136 \end_inset
137
138 -mechanism
139 \end_layout
140
141 \begin_layout Author
142 G.
143  Wuchterl
144 \begin_inset Flex institutemark
145 status open
146
147 \begin_layout Plain Layout
148 1
149 \end_layout
150
151 \end_inset
152
153
154 \begin_inset ERT
155 status collapsed
156
157 \begin_layout Plain Layout
158
159
160 \backslash
161 and 
162 \end_layout
163
164 \end_inset
165
166  C.
167  Ptolemy
168 \begin_inset Flex institutemark
169 status collapsed
170
171 \begin_layout Plain Layout
172 2
173 \end_layout
174
175 \end_inset
176
177
178 \begin_inset ERT
179 status collapsed
180
181 \begin_layout Plain Layout
182
183
184 \backslash
185 fnmsep 
186 \end_layout
187
188 \end_inset
189
190
191 \begin_inset Foot
192 status collapsed
193
194 \begin_layout Plain Layout
195 Just to show the usage of the elements in the author field
196 \end_layout
197
198 \end_inset
199
200  
201 \begin_inset Note Note
202 status collapsed
203
204 \begin_layout Plain Layout
205
206 \backslash
207 fnmsep is only needed for more than one consecutive notes/marks
208 \end_layout
209
210 \end_inset
211
212
213 \end_layout
214
215 \begin_layout Offprint
216 G.
217  Wuchterl
218 \end_layout
219
220 \begin_layout Address
221 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
222  17, A-1180 Vienna
223 \begin_inset Newline newline
224 \end_inset
225
226
227 \begin_inset Flex Email
228 status open
229
230 \begin_layout Plain Layout
231 wuchterl@amok.ast.univie.ac.at
232 \end_layout
233
234 \end_inset
235
236
237 \begin_inset ERT
238 status collapsed
239
240 \begin_layout Plain Layout
241
242
243 \backslash
244 and 
245 \end_layout
246
247 \end_inset
248
249 University of Alexandria, Department of Geography, ...
250 \begin_inset Newline newline
251 \end_inset
252
253
254 \begin_inset Flex Email
255 status collapsed
256
257 \begin_layout Plain Layout
258 c.ptolemy@hipparch.uheaven.space
259 \end_layout
260
261 \end_inset
262
263
264 \begin_inset Foot
265 status collapsed
266
267 \begin_layout Plain Layout
268 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
269 \end_layout
270
271 \end_inset
272
273  
274 \end_layout
275
276 \begin_layout Date
277 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
278 \end_layout
279
280 \begin_layout Abstract (unstructured)
281 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar softhyphen
282 leated instability' of proto
283  giant planets, the stability of layers in static, radiative gas spheres
284  is analysed on the basis of Baker's standard one-zone model.
285  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
286  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
287  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
288  equations of state which are universal for a given composition.
289  The stability equations of state are calculated for solar composition and
290  are displayed in the domain 
291 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
292 \end_inset
293
294
295 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
296 \end_inset
297
298 .
299  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
300  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
301  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
302  specified by state quantities as density 
303 \begin_inset Formula $\rho$
304 \end_inset
305
306 , temperature 
307 \begin_inset Formula $T$
308 \end_inset
309
310  or specific internal energy 
311 \begin_inset Formula $e$
312 \end_inset
313
314 .
315  Regions of instability in the 
316 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
317 \end_inset
318
319 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
320  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
321  lower than the second He ionisation zone.
322  The 
323 \begin_inset Formula $\kappa$
324 \end_inset
325
326 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
327 \begin_inset Note Note
328 status open
329
330 \begin_layout Plain Layout
331 Citations are not allowed in A&A abstracts.
332 \end_layout
333
334 \end_inset
335
336
337 \begin_inset Note Note
338 status open
339
340 \begin_layout Plain Layout
341 This is the unstructured abstract type, an example for the structured abstract
342  is in the 
343 \family sans
344 aa.lyx
345 \family default
346  template file that comes with \SpecialCharNoPassThru LyX
347 .
348 \end_layout
349
350 \end_inset
351
352
353 \end_layout
354
355 \begin_layout Keywords
356 giant planet formation \twohyphens
357  
358 \begin_inset Formula $\kappa$
359 \end_inset
360
361 -mechanism \twohyphens
362  stability of gas spheres
363 \end_layout
364
365 \begin_layout Section
366 Introduction
367 \end_layout
368
369 \begin_layout Standard
370 In the 
371 \emph on
372 nucleated instability
373 \emph default
374  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
375  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
376  Mizuno (
377 \begin_inset CommandInset citation
378 LatexCommand cite
379 key "Eisenstein2005"
380
381 \end_inset
382
383 ) determined the critical mass of the core to be about 
384 \begin_inset Formula $12\, M_{\oplus}$
385 \end_inset
386
387  (
388 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
389 \end_inset
390
391  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
392  and therefore independent of the location in the solar nebula.
393  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
394  of today's giant planets.
395 \end_layout
396
397 \begin_layout Standard
398 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
399  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
400  critical mass.
401  The main motivation for this article is to investigate the stability of
402  the static envelope at the critical mass.
403  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
404  is investigated on the basis of Baker's (
405 \begin_inset CommandInset citation
406 LatexCommand cite
407 key "Abernethy2003"
408
409 \end_inset
410
411 ) standard one-zone model.
412 \end_layout
413
414 \begin_layout Standard
415 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
416  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
417  protostellar cores explode (Tscharnuter 
418 \begin_inset CommandInset citation
419 LatexCommand cite
420 key "Cotton1999"
421
422 \end_inset
423
424 , Balluch 
425 \begin_inset CommandInset citation
426 LatexCommand cite
427 key "Mena2000"
428
429 \end_inset
430
431 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
432  The similarities in the (micro)physics, i.
433 \begin_inset space \thinspace{}
434 \end_inset
435
436 g.
437 \begin_inset space \space{}
438 \end_inset
439
440 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
441  as a further motivation for this study.
442 \end_layout
443
444 \begin_layout Section
445 Baker's standard one-zone model
446 \end_layout
447
448 \begin_layout Standard
449 \begin_inset Float figure
450 wide true
451 sideways false
452 status open
453
454 \begin_layout Plain Layout
455 \begin_inset Caption Standard
456
457 \begin_layout Plain Layout
458 \begin_inset CommandInset label
459 LatexCommand label
460 name "fig:FigGam"
461
462 \end_inset
463
464 Adiabatic exponent 
465 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
466 \end_inset
467
468 .
469  
470 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
471 \end_inset
472
473  is plotted as a function of 
474 \begin_inset Formula $\lg$
475 \end_inset
476
477  internal energy 
478 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
479 \end_inset
480
481  and 
482 \begin_inset Formula $\lg$
483 \end_inset
484
485  density 
486 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
487 \end_inset
488
489
490 \end_layout
491
492 \end_inset
493
494
495 \end_layout
496
497 \end_inset
498
499  In this section the one-zone model of Baker (
500 \begin_inset CommandInset citation
501 LatexCommand cite
502 key "Abernethy2003"
503
504 \end_inset
505
506 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
507  reviewed.
508  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
509  variables, local timescales and constitutive relations.
510 \end_layout
511
512 \begin_layout Standard
513 Baker (
514 \begin_inset CommandInset citation
515 LatexCommand cite
516 key "Abernethy2003"
517
518 \end_inset
519
520 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
521  gas clouds with the following properties: 
522 \end_layout
523
524 \begin_layout Itemize
525 hydrostatic equilibrium, 
526 \end_layout
527
528 \begin_layout Itemize
529 thermal equilibrium, 
530 \end_layout
531
532 \begin_layout Itemize
533 energy transport by grey radiation diffusion.
534  
535 \end_layout
536
537 \begin_layout Standard
538 \noindent
539 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
540  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
541 \begin_inset space \space{}
542 \end_inset
543
544 (34a,
545 \begin_inset space \thinspace{}
546 \end_inset
547
548 b,
549 \begin_inset space \thinspace{}
550 \end_inset
551
552 c) in Baker 
553 \begin_inset CommandInset citation
554 LatexCommand cite
555 key "Abernethy2003"
556
557 \end_inset
558
559 ).
560  Using Baker's notation:
561 \begin_inset Separator parbreak
562 \end_inset
563
564 \end_layout
565
566 \begin_layout Standard
567 \align left
568 \begin_inset Formula 
569 \begin{eqnarray*}
570 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
571 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
572 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
573 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
574 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
575 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
576 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}
577 \end{eqnarray*}
578
579 \end_inset
580
581  
582 \end_layout
583
584 \begin_layout Standard
585 \noindent
586 and with the definitions of the 
587 \emph on
588 local cooling time
589 \emph default
590  (see Fig.
591 \begin_inset space ~
592 \end_inset
593
594
595 \begin_inset CommandInset ref
596 LatexCommand ref
597 reference "fig:FigGam"
598
599 \end_inset
600
601
602 \begin_inset Formula 
603 \begin{equation}
604 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,
605 \end{equation}
606
607 \end_inset
608
609  and the 
610 \emph on
611 local free-fall time
612 \emph default
613
614 \begin_inset Formula 
615 \begin{equation}
616 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,
617 \end{equation}
618
619 \end_inset
620
621  Baker's 
622 \begin_inset Formula $K$
623 \end_inset
624
625  and 
626 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
627 \end_inset
628
629  have the following form: 
630 \begin_inset Formula 
631 \begin{eqnarray}
632 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
633 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;
634 \end{eqnarray}
635
636 \end_inset
637
638  where 
639 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
640 \end_inset
641
642  has been used and 
643 \begin_inset Formula 
644 \begin{equation}
645 \begin{array}{l}
646 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
647 e=mc^{2}
648 \end{array}
649 \end{equation}
650
651 \end_inset
652
653  is a thermodynamical quantity which is of order 
654 \begin_inset Formula $1$
655 \end_inset
656
657  and equal to 
658 \begin_inset Formula $1$
659 \end_inset
660
661  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
662  The physical meaning of 
663 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
664 \end_inset
665
666  and 
667 \begin_inset Formula $K$
668 \end_inset
669
670  is clearly visible in the equations above.
671  
672 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
673 \end_inset
674
675  represents a frequency of the order one per free-fall time.
676  
677 \begin_inset Formula $K$
678 \end_inset
679
680  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
681  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
682  definitions of thermodynamic quantities, 
683 \begin_inset Formula 
684 \[
685 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}
686 \]
687
688 \end_inset
689
690
691 \begin_inset Formula 
692 \[
693 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}
694 \]
695
696 \end_inset
697
698  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
699 \emph on
700 stability
701 \emph default
702  given below: 
703 \begin_inset Formula 
704 \begin{eqnarray}
705 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
706 \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}\\
707 \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}
708 \end{eqnarray}
709
710 \end_inset
711
712  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
713 \begin_inset CommandInset citation
714 LatexCommand cite
715 key "Abernethy2003"
716
717 \end_inset
718
719 ) or Cox (
720 \begin_inset CommandInset citation
721 LatexCommand cite
722 key "Parkin2005"
723
724 \end_inset
725
726 ).
727 \end_layout
728
729 \begin_layout Standard
730 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
731  respectively, can be factorized into 
732 \end_layout
733
734 \begin_layout Enumerate
735 a factor containing local timescales only, 
736 \end_layout
737
738 \begin_layout Enumerate
739 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
740  
741 \end_layout
742
743 \begin_layout Standard
744 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
745  The signs of the left hand sides of the inequalities
746 \begin_inset space ~
747 \end_inset
748
749 (
750 \begin_inset CommandInset ref
751 LatexCommand ref
752 reference "ZSDynSta"
753
754 \end_inset
755
756 ), (
757 \begin_inset CommandInset ref
758 LatexCommand ref
759 reference "ZSSecSta"
760
761 \end_inset
762
763 ) and (
764 \begin_inset CommandInset ref
765 LatexCommand ref
766 reference "ZSVibSta"
767
768 \end_inset
769
770 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
771  relations.
772  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
773  are 
774 \emph on
775  functions of the thermodynamic state in the local zone
776 \emph default
777 .
778  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
779  of state, given for example, as a function of density and temperature.
780  Once the microphysics, i.
781 \begin_inset space \thinspace{}
782 \end_inset
783
784 g.
785 \begin_inset space \space{}
786 \end_inset
787
788 the thermodynamics and opacities (see Table
789 \begin_inset space ~
790 \end_inset
791
792
793 \begin_inset CommandInset ref
794 LatexCommand ref
795 reference "tab:KapSou"
796
797 \end_inset
798
799 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
800  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
801  The zone \twohyphens
802  or in other words the layer \twohyphens
803  will be stable or unstable in
804  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
805  assumptions.
806  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
807  different for layers in different objects.
808 \end_layout
809
810 \begin_layout Standard
811 \begin_inset Float table
812 wide false
813 sideways false
814 status open
815
816 \begin_layout Plain Layout
817 \begin_inset Caption Standard
818
819 \begin_layout Plain Layout
820 \begin_inset CommandInset label
821 LatexCommand label
822 name "tab:KapSou"
823
824 \end_inset
825
826 Opacity sources
827 \end_layout
828
829 \end_inset
830
831
832 \end_layout
833
834 \begin_layout Plain Layout
835 \align center
836 \begin_inset Tabular
837 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
838 <features rotate="0" tabularvalignment="middle">
839 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
840 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
841 <row>
842 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
843 \begin_inset Text
844
845 \begin_layout Plain Layout
846 Source
847 \end_layout
848
849 \end_inset
850 </cell>
851 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
852 \begin_inset Text
853
854 \begin_layout Plain Layout
855 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
856 \end_inset
857
858
859 \end_layout
860
861 \end_inset
862 </cell>
863 </row>
864 <row>
865 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
866 \begin_inset Text
867
868 \begin_layout Plain Layout
869 Yorke 1979, Yorke 1980a
870 \end_layout
871
872 \end_inset
873 </cell>
874 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
875 \begin_inset Text
876
877 \begin_layout Plain Layout
878 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
879 \end_inset
880
881
882 \end_layout
883
884 \end_inset
885 </cell>
886 </row>
887 <row>
888 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
889 \begin_inset Text
890
891 \begin_layout Plain Layout
892 Krügel 1971
893 \end_layout
894
895 \end_inset
896 </cell>
897 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
898 \begin_inset Text
899
900 \begin_layout Plain Layout
901 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
902 \end_inset
903
904  
905 \end_layout
906
907 \end_inset
908 </cell>
909 </row>
910 <row>
911 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
912 \begin_inset Text
913
914 \begin_layout Plain Layout
915 Cox & Stewart 1969
916 \end_layout
917
918 \end_inset
919 </cell>
920 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
921 \begin_inset Text
922
923 \begin_layout Plain Layout
924 \begin_inset Formula $5000\leq$
925 \end_inset
926
927
928 \end_layout
929
930 \end_inset
931 </cell>
932 </row>
933 </lyxtabular>
934
935 \end_inset
936
937
938 \end_layout
939
940 \begin_layout Plain Layout
941 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
942 \end_inset
943
944 This is footnote a
945 \end_layout
946
947 \end_inset
948
949  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
950  of the left-hand sides of the inequalities (
951 \begin_inset CommandInset ref
952 LatexCommand ref
953 reference "ZSDynSta"
954
955 \end_inset
956
957 ), (
958 \begin_inset CommandInset ref
959 LatexCommand ref
960 reference "ZSSecSta"
961
962 \end_inset
963
964 ) and (
965 \begin_inset CommandInset ref
966 LatexCommand ref
967 reference "ZSVibSta"
968
969 \end_inset
970
971 ) and thereby obtain 
972 \emph on
973 stability equations of state
974 \emph default
975 .
976 \end_layout
977
978 \begin_layout Standard
979 The sign determining part of inequality
980 \begin_inset space ~
981 \end_inset
982
983 (
984 \begin_inset CommandInset ref
985 LatexCommand ref
986 reference "ZSDynSta"
987
988 \end_inset
989
990 ) is 
991 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
992 \end_inset
993
994  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
995 \begin_inset Formula 
996 \begin{equation}
997 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot
998 \end{equation}
999
1000 \end_inset
1001
1002  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
1003 \begin_inset Formula 
1004 \begin{equation}
1005 \chi_{\rho}^{}>0,\;\; c_{v}>0\,,
1006 \end{equation}
1007
1008 \end_inset
1009
1010  and 
1011 \begin_inset Formula 
1012 \begin{equation}
1013 \chi_{T}^{}>0
1014 \end{equation}
1015
1016 \end_inset
1017
1018  holds for a wide range of physical situations.
1019  With 
1020 \begin_inset Formula 
1021 \begin{eqnarray}
1022 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
1023 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
1024 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0
1025 \end{eqnarray}
1026
1027 \end_inset
1028
1029  we find the sign determining terms in inequalities
1030 \begin_inset space ~
1031 \end_inset
1032
1033 (
1034 \begin_inset CommandInset ref
1035 LatexCommand ref
1036 reference "ZSSecSta"
1037
1038 \end_inset
1039
1040 ) and (
1041 \begin_inset CommandInset ref
1042 LatexCommand ref
1043 reference "ZSVibSta"
1044
1045 \end_inset
1046
1047 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
1048  secular and vibrational 
1049 \emph on
1050 stability
1051 \emph default
1052 , respectively: 
1053 \begin_inset Formula 
1054 \begin{eqnarray}
1055 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
1056 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
1057 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}
1058 \end{eqnarray}
1059
1060 \end_inset
1061
1062  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
1063 c state (say 
1064 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
1065 \end_inset
1066
1067 ) of the zone.
1068  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
1069 e relations 
1070 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
1071 \end_inset
1072
1073
1074 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
1075 \end_inset
1076
1077
1078 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
1079 \end_inset
1080
1081
1082 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
1083 \end_inset
1084
1085 .
1086  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
1087  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
1088  state 
1089 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\, S_{\mathrm{sec}}$
1090 \end_inset
1091
1092  and 
1093 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1094 \end_inset
1095
1096 .
1097  See Fig.
1098 \begin_inset space ~
1099 \end_inset
1100
1101
1102 \begin_inset CommandInset ref
1103 LatexCommand ref
1104 reference "fig:VibStabEquation"
1105
1106 \end_inset
1107
1108  for a picture of 
1109 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1110 \end_inset
1111
1112 .
1113  Regions of secular instability are listed in Table
1114 \begin_inset space ~
1115 \end_inset
1116
1117 1.
1118 \end_layout
1119
1120 \begin_layout Standard
1121 \begin_inset Float figure
1122 wide false
1123 sideways false
1124 status open
1125
1126 \begin_layout Plain Layout
1127 \begin_inset Caption Standard
1128
1129 \begin_layout Plain Layout
1130 \begin_inset CommandInset label
1131 LatexCommand label
1132 name "fig:VibStabEquation"
1133
1134 \end_inset
1135
1136 Vibrational stability equation of state 
1137 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
1138 \end_inset
1139
1140 .
1141  
1142 \begin_inset Formula $>0$
1143 \end_inset
1144
1145  means vibrational stability 
1146 \end_layout
1147
1148 \end_inset
1149
1150
1151 \end_layout
1152
1153 \end_inset
1154
1155
1156 \end_layout
1157
1158 \begin_layout Section
1159 Conclusions
1160 \end_layout
1161
1162 \begin_layout Enumerate
1163 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1164  as described by Baker's (
1165 \begin_inset CommandInset citation
1166 LatexCommand cite
1167 key "Abernethy2003"
1168
1169 \end_inset
1170
1171 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1172  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1173  state of the layer.
1174  
1175 \end_layout
1176
1177 \begin_layout Enumerate
1178 If the constitutive relations \twohyphens
1179  equations of state and Rosseland mean opacities
1180  \twohyphens
1181  are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1182  specifying properties of the layer.
1183  
1184 \end_layout
1185
1186 \begin_layout Enumerate
1187 For solar composition gas the 
1188 \begin_inset Formula $\kappa$
1189 \end_inset
1190
1191 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1192  opacities, the 
1193 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1194 \end_inset
1195
1196  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1197  by vibrational instability.
1198  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1199 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1200  
1201 \end_layout
1202
1203 \begin_layout Acknowledgement
1204 Part of this work was supported by the German 
1205 \emph on
1206 Deut\SpecialChar softhyphen
1207 sche For\SpecialChar softhyphen
1208 schungs\SpecialChar softhyphen
1209 ge\SpecialChar softhyphen
1210 mein\SpecialChar softhyphen
1211 schaft, DFG
1212 \emph default
1213  project number Ts
1214 \begin_inset space ~
1215 \end_inset
1216
1217 17/2\twohyphens
1218 1.
1219 \end_layout
1220
1221 \begin_layout Standard
1222 \begin_inset CommandInset bibtex
1223 LatexCommand bibtex
1224 btprint "btPrintAll"
1225 bibfiles "biblioExample"
1226 options "aa"
1227
1228 \end_inset
1229
1230
1231 \begin_inset Note Note
1232 status open
1233
1234 \begin_layout Plain Layout
1235
1236 \series bold
1237 Note:
1238 \series default
1239  If you cannot see the bibliography in the output, assure that you have
1240  gievn the full path to the Bib\SpecialCharNoPassThru TeX
1241  style file 
1242 \family sans
1243 aa.bst
1244 \family default
1245  that is part of the A&A \SpecialCharNoPassThru LaTeX
1246 -package.
1247 \end_layout
1248
1249 \end_inset
1250
1251
1252 \end_layout
1253
1254 \end_body
1255 \end_document