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[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 1.5.0svn created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 245
3 \begin_document
4 \begin_header
5 \textclass aa
6 \begin_preamble
7 \usepackage{graphicx}
8 %
9 \end_preamble
10 \language english
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33
34 \begin_body
35
36 \begin_layout Title
37
38 Hydrodynamics of giant planet formation
39 \end_layout
40
41 \begin_layout Subtitle
42
43 I.
44  Overviewing the 
45 \begin_inset Formula \( \kappa  \)
46 \end_inset
47
48 -mechanism
49 \end_layout
50
51 \begin_layout Author
52
53 G.
54  Wuchterl 
55 \begin_inset ERT
56 status collapsed
57
58 \begin_layout Standard
59
60 \backslash
61 inst{1} 
62 \backslash
63 and
64 \end_layout
65
66 \begin_layout Standard
67           
68 \end_layout
69
70 \end_inset
71
72 C.
73  Ptolemy
74 \begin_inset ERT
75 status collapsed
76
77 \begin_layout Standard
78
79 \backslash
80 inst{2}
81 \backslash
82 fnmsep
83 \end_layout
84
85 \end_inset
86
87
88 \begin_inset Foot
89 status collapsed
90
91 \begin_layout Standard
92
93 Just to show the usage of the elements in the author field
94 \end_layout
95
96 \end_inset
97
98
99  
100 \end_layout
101
102 \begin_layout Offprint
103
104 G.
105  Wuchterl
106 \end_layout
107
108 \begin_layout Address
109
110 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, T\i \"{u}
111 rkenschanzstrasse
112  17, A-1180 Vienna
113 \newline
114
115 \begin_inset ERT
116 status collapsed
117
118 \begin_layout Standard
119
120 \backslash
121 email{wuchterl@amok.ast.univie.ac.at} 
122 \backslash
123 and
124 \end_layout
125
126 \begin_layout Standard
127
128 \end_layout
129
130 \end_inset
131
132 University of Alexandria, Department of Geography, ...
133 \newline
134
135 \begin_inset ERT
136 status collapsed
137
138 \begin_layout Standard
139
140 \backslash
141 email{c.ptolemy@hipparch.uheaven.space}
142 \end_layout
143
144 \end_inset
145
146  
147 \begin_inset Foot
148 status collapsed
149
150 \begin_layout Standard
151
152 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
153 \end_layout
154
155 \end_inset
156
157
158  
159 \end_layout
160
161 \begin_layout Date
162
163 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
164 \end_layout
165
166 \begin_layout Abstract
167
168 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar \-
169 leated instability' of proto
170  giant planets (Mizuno 
171 \begin_inset LatexCommand \cite{mizuno}
172
173 \end_inset
174
175 ), the stability of layers in static, radiative gas spheres is analysed
176  on the basis of Baker's 
177 \begin_inset LatexCommand \cite{baker}
178
179 \end_inset
180
181  standard one-zone model.
182  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
183  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
184  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
185  equations of state which are universal for a given composition.
186  The stability equations of state are calculated for solar composition and
187  are displayed in the domain 
188 \begin_inset Formula \( -14\leq \lg \rho /[\mathrm{g}\, \mathrm{cm}^{-3}]\leq 0 \)
189 \end_inset
190
191
192 \begin_inset Formula \( 8.8\leq \lg e/[\mathrm{erg}\, \mathrm{g}^{-1}]\leq 17.7 \)
193 \end_inset
194
195 .
196  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
197  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
198  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
199  specified by state quantities as density 
200 \begin_inset Formula \( \rho  \)
201 \end_inset
202
203 , temperature 
204 \begin_inset Formula \( T \)
205 \end_inset
206
207  or specific internal energy 
208 \begin_inset Formula \( e \)
209 \end_inset
210
211 .
212  Regions of instability in the 
213 \begin_inset Formula \( (\rho ,e) \)
214 \end_inset
215
216 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
217  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
218  lower than the second He ionisation zone.
219  The 
220 \begin_inset Formula \( \kappa  \)
221 \end_inset
222
223 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
224 \begin_inset ERT
225 status collapsed
226
227 \begin_layout Standard
228
229 \end_layout
230
231 \begin_layout Standard
232
233 \backslash
234 keywords{giant planet formation -- 
235 \backslash
236 (
237 \backslash
238 kappa
239 \backslash
240 )-mechanism -- stability of gas spheres }
241 \end_layout
242
243 \end_inset
244
245  
246 \end_layout
247
248 \begin_layout Section
249
250 Introduction
251 \end_layout
252
253 \begin_layout Standard
254
255 In the 
256 \emph on
257 nucleated instability
258 \begin_inset ERT
259 status collapsed
260
261 \begin_layout Standard
262
263 \backslash
264 /{}
265 \end_layout
266
267 \end_inset
268
269
270 \emph default
271  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
272  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
273  Mizuno (
274 \begin_inset LatexCommand \cite{mizuno}
275
276 \end_inset
277
278 ) determined the critical mass of the core to be about 
279 \begin_inset Formula \( 12\, M_{\oplus } \)
280 \end_inset
281
282  (
283 \begin_inset Formula \( M_{\oplus }=5.975\, 10^{27}\, \mathrm{g} \)
284 \end_inset
285
286  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
287  and therefore independent of the location in the solar nebula.
288  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
289  of today's giant planets.
290 \end_layout
291
292 \begin_layout Standard
293
294 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
295  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
296  critical mass.
297  The main motivation for this article is to investigate the stability of
298  the static envelope at the critical mass.
299  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
300  is investigated on the basis of Baker's (
301 \begin_inset LatexCommand \cite{baker}
302
303 \end_inset
304
305 ) standard one-zone model.
306 \end_layout
307
308 \begin_layout Standard
309
310 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
311  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
312  protostellar cores explode (Tscharnuter 
313 \begin_inset LatexCommand \cite{tscharnuter}
314
315 \end_inset
316
317 , Balluch 
318 \begin_inset LatexCommand \cite{balluch}
319
320 \end_inset
321
322 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
323  The similarities in the (micro)physics, i.e., constitutive relations of protostel
324 lar cores and protogiant planets serve as a further motivation for this
325  study.
326 \end_layout
327
328 \begin_layout Section
329
330 Baker's standard one-zone model
331 \end_layout
332
333 \begin_layout Standard
334
335 \begin_inset Float figure
336 wide true
337 sideways false
338 status open
339
340 \begin_layout Caption
341
342 Adiabatic exponent 
343 \begin_inset Formula \( \Gamma _{1} \)
344 \end_inset
345
346 .
347  
348 \begin_inset Formula \( \Gamma _{1} \)
349 \end_inset
350
351  is plotted as a function of 
352 \begin_inset Formula \( \lg  \)
353 \end_inset
354
355  internal energy 
356 \begin_inset Formula \( [\mathrm{erg}\, \mathrm{g}^{-1}] \)
357 \end_inset
358
359  and 
360 \begin_inset Formula \( \lg  \)
361 \end_inset
362
363  density 
364 \begin_inset Formula \( [\mathrm{g}\, \mathrm{cm}^{-3}] \)
365 \end_inset
366
367
368 \end_layout
369
370 \begin_layout Standard
371
372
373 \begin_inset LatexCommand \label{FigGam}
374
375 \end_inset
376
377
378 \end_layout
379
380 \end_inset
381
382  In this section the one-zone model of Baker (
383 \begin_inset LatexCommand \cite{baker}
384
385 \end_inset
386
387 ), originally used to study the Cephe\i \"{\i}
388 d pulsation mechanism, will be briefly
389  reviewed.
390  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
391  variables, local timescales and constitutive relations.
392 \end_layout
393
394 \begin_layout Standard
395
396 Baker (
397 \begin_inset LatexCommand \cite{baker}
398
399 \end_inset
400
401 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
402  gas clouds with the following properties: 
403 \end_layout
404
405 \begin_layout Itemize
406
407 hydrostatic equilibrium, 
408 \end_layout
409
410 \begin_layout Itemize
411
412 thermal equilibrium, 
413 \end_layout
414
415 \begin_layout Itemize
416
417 energy transport by grey radiation diffusion.
418  
419 \end_layout
420
421 \begin_layout Standard
422 \noindent
423 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
424  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
425 \begin_inset ERT
426 status collapsed
427
428 \begin_layout Standard
429
430 \backslash
431  
432 \end_layout
433
434 \end_inset
435
436 (34a,
437 \begin_inset ERT
438 status collapsed
439
440 \begin_layout Standard
441
442 \backslash
443 ,
444 \end_layout
445
446 \end_inset
447
448 b,
449 \begin_inset ERT
450 status collapsed
451
452 \begin_layout Standard
453
454 \backslash
455 ,
456 \end_layout
457
458 \end_inset
459
460 c) in Baker 
461 \begin_inset LatexCommand \cite{baker}
462
463 \end_inset
464
465 ).
466  Using Baker's notation:
467 \end_layout
468
469 \begin_layout Standard
470 \align left
471
472 \begin_inset Formula \begin{eqnarray*}
473 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
474 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
475 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
476 \rho _{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
477 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
478 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
479 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}
480 \end{eqnarray*}
481
482 \end_inset
483
484  
485 \end_layout
486
487 \begin_layout Standard
488 \noindent
489 and with the definitions of the 
490 \emph on
491 local cooling time
492 \begin_inset ERT
493 status collapsed
494
495 \begin_layout Standard
496
497 \backslash
498 /{}
499 \end_layout
500
501 \end_inset
502
503
504 \emph default
505  (see Fig.\InsetSpace ~
506
507 \begin_inset LatexCommand \ref{FigGam}
508
509 \end_inset
510
511
512 \begin_inset Formula \begin{equation}
513 \tau _{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\, ,
514 \end{equation}
515
516 \end_inset
517
518  and the 
519 \emph on
520 local free-fall time
521 \emph default
522
523 \begin_inset Formula \begin{equation}
524 \tau _{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi }{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\, ,
525 \end{equation}
526
527 \end_inset
528
529  Baker's 
530 \begin_inset Formula \( K \)
531 \end_inset
532
533  and 
534 \begin_inset Formula \( \sigma _{0} \)
535 \end_inset
536
537  have the following form: 
538 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
539 \sigma _{0} & = & \frac{\pi }{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau _{\mathrm{ff}}}\\
540 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi }\frac{1}{\delta }\frac{\tau _{\mathrm{ff}}}{\tau _{\mathrm{co}}}\, ;
541 \end{eqnarray}
542
543 \end_inset
544
545  where 
546 \begin_inset Formula \( E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho _{0}}) \)
547 \end_inset
548
549  has been used and 
550 \begin_inset Formula \begin{equation}
551 \begin{array}{l}
552 \delta =-\left( \frac{\partial \ln \rho }{\partial \ln T}\right) _{P}\\
553 e=mc^{2}
554 \end{array}
555 \end{equation}
556
557 \end_inset
558
559  is a thermodynamical quantity which is of order 
560 \begin_inset Formula \( 1 \)
561 \end_inset
562
563  and equal to 
564 \begin_inset Formula \( 1 \)
565 \end_inset
566
567  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
568  The physical meaning of 
569 \begin_inset Formula \( \sigma _{0} \)
570 \end_inset
571
572  and 
573 \begin_inset Formula \( K \)
574 \end_inset
575
576  is clearly visible in the equations above.
577  
578 \begin_inset Formula \( \sigma _{0} \)
579 \end_inset
580
581  represents a frequency of the order one per free-fall time.
582  
583 \begin_inset Formula \( K \)
584 \end_inset
585
586  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
587  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
588  definitions of thermodynamic quantities, 
589 \begin_inset Formula \[
590 \Gamma _{1}=\left( \frac{\partial \ln P}{\partial \ln \rho }\right) _{S}\, ,\; \chi ^{}_{\rho }=\left( \frac{\partial \ln P}{\partial \ln \rho }\right) _{T}\, ,\; \kappa ^{}_{P}=\left( \frac{\partial \ln \kappa }{\partial \ln P}\right) _{T}\]
591
592 \end_inset
593
594
595 \begin_inset Formula \[
596 \nabla _{\mathrm{ad}}=\left( \frac{\partial \ln T}{\partial \ln P}\right) _{S}\, ,\; \chi ^{}_{T}=\left( \frac{\partial \ln P}{\partial \ln T}\right) _{\rho }\, ,\; \kappa ^{}_{T}=\left( \frac{\partial \ln \kappa }{\partial \ln T}\right) _{T}\]
597
598 \end_inset
599
600  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
601 \emph on
602 stability
603 \begin_inset ERT
604 status collapsed
605
606 \begin_layout Standard
607
608 \backslash
609 /{}
610 \end_layout
611
612 \end_inset
613
614
615 \emph default
616  given below: 
617 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
618 \frac{\pi ^{2}}{8}\frac{1}{\tau _{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma _{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta} \\
619 \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} \\
620 \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}
621 \end{eqnarray}
622
623 \end_inset
624
625  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
626 \begin_inset LatexCommand \cite{baker}
627
628 \end_inset
629
630 ) or Cox (
631 \begin_inset LatexCommand \cite{cox}
632
633 \end_inset
634
635 ).
636 \end_layout
637
638 \begin_layout Standard
639
640 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
641  respectively, can be factorized into 
642 \end_layout
643
644 \begin_layout Enumerate
645
646 a factor containing local timescales only, 
647 \end_layout
648
649 \begin_layout Enumerate
650
651 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
652  
653 \end_layout
654
655 \begin_layout Standard
656
657 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
658  The signs of the left hand sides of the inequalities\InsetSpace ~
659 (
660 \begin_inset LatexCommand \ref{ZSDynSta}
661
662 \end_inset
663
664 ), (
665 \begin_inset LatexCommand \ref{ZSSecSta}
666
667 \end_inset
668
669 ) and (
670 \begin_inset LatexCommand \ref{ZSVibSta}
671
672 \end_inset
673
674 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
675  relations.
676  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
677  are 
678 \emph on
679  functions of the thermodynamic state in the local zone
680 \emph default
681 .
682  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
683  of state, given for example, as a function of density and temperature.
684  Once the microphysics, i.e.
685 \begin_inset ERT
686 status collapsed
687
688 \begin_layout Standard
689
690 \backslash
691  
692 \end_layout
693
694 \end_inset
695
696 the thermodynamics and opacities (see Table\InsetSpace ~
697
698 \begin_inset LatexCommand \ref{KapSou}
699
700 \end_inset
701
702 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
703  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
704  The zone -- or in other words the layer -- will be stable or unstable in
705  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
706  assumptions.
707  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
708  different for layers in different objects.
709 \end_layout
710
711 \begin_layout Standard
712
713 \begin_inset Float table
714 wide false
715 sideways false
716 status open
717
718 \begin_layout Caption
719
720
721 \begin_inset LatexCommand \label{KapSou}
722
723 \end_inset
724
725 Opacity sources
726 \end_layout
727
728 \begin_layout Standard
729
730
731 \begin_inset  Tabular
732 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
733 <features>
734 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
735 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
736 <row topline="true">
737 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
738 \begin_inset Text
739
740 \begin_layout Standard
741
742 Source
743 \end_layout
744
745 \end_inset
746 </cell>
747 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
748 \begin_inset Text
749
750 \begin_layout Standard
751
752
753 \begin_inset Formula \( T/[\textrm{K}] \)
754 \end_inset
755
756
757 \end_layout
758
759 \end_inset
760 </cell>
761 </row>
762 <row topline="true">
763 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
764 \begin_inset Text
765
766 \begin_layout Standard
767
768 Yorke 1979, Yorke 1980a
769 \end_layout
770
771 \end_inset
772 </cell>
773 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
774 \begin_inset Text
775
776 \begin_layout Standard
777
778
779 \begin_inset Formula \( \leq 1700^{\textrm{a}} \)
780 \end_inset
781
782
783 \end_layout
784
785 \end_inset
786 </cell>
787 </row>
788 <row>
789 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
790 \begin_inset Text
791
792 \begin_layout Standard
793
794 Krügel 1971
795 \end_layout
796
797 \end_inset
798 </cell>
799 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
800 \begin_inset Text
801
802 \begin_layout Standard
803
804
805 \begin_inset Formula \( 1700\leq T\leq 5000 \)
806 \end_inset
807
808  
809 \end_layout
810
811 \end_inset
812 </cell>
813 </row>
814 <row bottomline="true">
815 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
816 \begin_inset Text
817
818 \begin_layout Standard
819
820 Cox & Stewart 1969
821 \end_layout
822
823 \end_inset
824 </cell>
825 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
826 \begin_inset Text
827
828 \begin_layout Standard
829
830
831 \begin_inset Formula \( 5000\leq  \)
832 \end_inset
833
834
835 \end_layout
836
837 \end_inset
838 </cell>
839 </row>
840 </lyxtabular>
841
842 \end_inset
843
844
845 \end_layout
846
847 \begin_layout Standard
848
849
850 \begin_inset Formula \( ^{\textrm{a}} \)
851 \end_inset
852
853 This is footnote a
854 \end_layout
855
856 \end_inset
857
858  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
859  of the left-hand sides of the inequalities (
860 \begin_inset LatexCommand \ref{ZSDynSta}
861
862 \end_inset
863
864 ), (
865 \begin_inset LatexCommand \ref{ZSSecSta}
866
867 \end_inset
868
869 ) and (
870 \begin_inset LatexCommand \ref{ZSVibSta}
871
872 \end_inset
873
874 ) and thereby obtain 
875 \emph on
876 stability equations of state
877 \emph default
878 .
879 \end_layout
880
881 \begin_layout Standard
882
883 The sign determining part of inequality\InsetSpace ~
884 (
885 \begin_inset LatexCommand \ref{ZSDynSta}
886
887 \end_inset
888
889 ) is 
890 \begin_inset Formula \( 3\Gamma _{1}-4 \)
891 \end_inset
892
893  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
894 \begin_inset Formula \begin{equation}
895 \Gamma _{1}>\frac{4}{3}\, \cdot
896 \end{equation}
897
898 \end_inset
899
900  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
901 \begin_inset Formula \begin{equation}
902 \chi ^{}_{\rho }>0,\; \; c_{v}>0\, ,
903 \end{equation}
904
905 \end_inset
906
907  and 
908 \begin_inset Formula \begin{equation}
909 \chi ^{}_{T}>0
910 \end{equation}
911
912 \end_inset
913
914  holds for a wide range of physical situations.
915  With 
916 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
917 \Gamma _{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi ^{}_{T}}{c_{v}} & > & 0\\
918 \Gamma _{1}=\chi _{\rho }^{}+\chi _{T}^{}(\Gamma _{3}-1) & > & 0\\
919 \nabla _{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma _{3}-1}{\Gamma _{1}} & > & 0
920 \end{eqnarray}
921
922 \end_inset
923
924  we find the sign determining terms in inequalities\InsetSpace ~
925 (
926 \begin_inset LatexCommand \ref{ZSSecSta}
927
928 \end_inset
929
930 ) and (
931 \begin_inset LatexCommand \ref{ZSVibSta}
932
933 \end_inset
934
935 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
936  secular and vibrational 
937 \emph on
938 stability
939 \emph default
940 , respectively: 
941 \begin_inset Formula \begin{eqnarray}
942 3\Gamma _{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0 & \label{DynSta} \\
943 \frac{1-3/4\chi ^{}_{\rho }}{\chi ^{}_{T}}(\kappa ^{}_{T}-4)+\kappa ^{}_{P}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0 & \label{SecSta} \\
944 4\nabla _{\mathrm{ad}}-(\nabla _{\mathrm{ad}}\kappa ^{}_{T}+\kappa ^{}_{P})-\frac{4}{3\Gamma _{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\, . & \label{VibSta} 
945 \end{eqnarray}
946
947 \end_inset
948
949  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
950 c state (say 
951 \begin_inset Formula \( (\rho _{0},T_{0}) \)
952 \end_inset
953
954 ) of the zone.
955  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
956 e relations 
957 \begin_inset Formula \( \Gamma _{1} \)
958 \end_inset
959
960
961 \begin_inset Formula \( \nabla _{\mathrm{ad}} \)
962 \end_inset
963
964
965 \begin_inset Formula \( \chi _{T}^{},\, \chi _{\rho }^{} \)
966 \end_inset
967
968
969 \begin_inset Formula \( \kappa _{P}^{},\, \kappa _{T}^{} \)
970 \end_inset
971
972 .
973  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
974  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
975  state 
976 \begin_inset Formula \( S_{\mathrm{dyn}},\, S_{\mathrm{sec}} \)
977 \end_inset
978
979  and 
980 \begin_inset Formula \( S_{\mathrm{vib}} \)
981 \end_inset
982
983 .
984  See Fig.\InsetSpace ~
985
986 \begin_inset LatexCommand \ref{FigVibStab}
987
988 \end_inset
989
990  for a picture of 
991 \begin_inset Formula \( S_{\mathrm{vib}} \)
992 \end_inset
993
994 .
995  Regions of secular instability are listed in Table\InsetSpace ~
996 1.
997 \end_layout
998
999 \begin_layout Standard
1000
1001 \begin_inset Float figure
1002 wide false
1003 sideways false
1004 status open
1005
1006 \begin_layout Caption
1007
1008 Vibrational stability equation of state 
1009 \begin_inset Formula \( S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg \rho ) \)
1010 \end_inset
1011
1012 .
1013  
1014 \begin_inset Formula \( >0 \)
1015 \end_inset
1016
1017  means vibrational stability 
1018 \end_layout
1019
1020 \begin_layout Standard
1021
1022
1023 \begin_inset LatexCommand \label{FigVibStab}
1024
1025 \end_inset
1026
1027
1028 \end_layout
1029
1030 \end_inset
1031
1032 \end_layout
1033
1034 \begin_layout Section
1035
1036 Conclusions
1037 \end_layout
1038
1039 \begin_layout Enumerate
1040
1041 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1042  as described by Baker's (
1043 \begin_inset LatexCommand \cite{baker}
1044
1045 \end_inset
1046
1047 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1048  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1049  state of the layer.
1050  
1051 \end_layout
1052
1053 \begin_layout Enumerate
1054
1055 If the constitutive relations -- equations of state and Rosseland mean opacities
1056  -- are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1057  specifying properties of the layer.
1058  
1059 \end_layout
1060
1061 \begin_layout Enumerate
1062
1063 For solar composition gas the 
1064 \begin_inset Formula \( \kappa  \)
1065 \end_inset
1066
1067 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1068  opacities, the 
1069 \begin_inset Formula \( \mathrm{H}_{2} \)
1070 \end_inset
1071
1072  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1073  by vibrational instability.
1074  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1075 y than the second He ionization zone that drives the Cephe\i \"{\i}
1076 d pulsations.
1077  
1078 \end_layout
1079
1080 \begin_layout Acknowledgement
1081
1082 Part of this work was supported by the German 
1083 \emph on
1084 Deut\SpecialChar \-
1085 sche For\SpecialChar \-
1086 schungs\SpecialChar \-
1087 ge\SpecialChar \-
1088 mein\SpecialChar \-
1089 schaft, DFG
1090 \begin_inset ERT
1091 status collapsed
1092
1093 \begin_layout Standard
1094
1095 \backslash
1096 /{}
1097 \end_layout
1098
1099 \end_inset
1100
1101
1102 \emph default
1103  project number Ts\InsetSpace ~
1104 17/2--1.
1105  
1106 \end_layout
1107
1108 \begin_layout Bibliography
1109 \bibitem [1966]{baker}
1110
1111  Baker, N.
1112  1966, in Stellar Evolution, ed.
1113 \begin_inset ERT
1114 status collapsed
1115
1116 \begin_layout Standard
1117
1118 \backslash
1119  
1120 \end_layout
1121
1122 \end_inset
1123
1124 R.
1125  F.
1126  Stein,& A.
1127  G.
1128  W.
1129  Cameron (Plenum, New York) 333
1130 \end_layout
1131
1132 \begin_layout Bibliography
1133 \bibitem [1988]{balluch}
1134
1135  Balluch, M.
1136  1988, A&A, 200, 58
1137 \end_layout
1138
1139 \begin_layout Bibliography
1140 \bibitem [1980]{cox}
1141
1142  Cox, J.
1143  P.
1144  1980, Theory of Stellar Pulsation (Princeton University Press, Princeton)
1145  165
1146 \end_layout
1147
1148 \begin_layout Bibliography
1149 \bibitem [1969]{cox69}
1150
1151  Cox, A.
1152  N.,& Stewart, J.
1153  N.
1154  1969, Academia Nauk, Scientific Information 15, 1
1155 \end_layout
1156
1157 \begin_layout Bibliography
1158 \bibitem [1980]{mizuno}
1159
1160  Mizuno H.
1161  1980, Prog.
1162  Theor.
1163  Phys., 64, 544 
1164 \end_layout
1165
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1167 \bibitem [1987]{tscharnuter}
1168
1169  Tscharnuter W.
1170  M.
1171  1987, A&A, 188, 55 
1172 \end_layout
1173
1174 \begin_layout Bibliography
1175 \bibitem [1992]{terlevich}
1176
1177  Terlevich, R.
1178  1992, in ASP Conf.
1179  Ser.
1180  31, Relationships between Active Galactic Nuclei and Starburst Galaxies,
1181  ed.
1182  A.
1183  V.
1184  Filippenko, 13
1185 \end_layout
1186
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1189
1190  Yorke, H.
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1197
1198 Zheng, W., Davidsen, A.
1199  F., Tytler, D.
1200  & Kriss, G.
1201  A.
1202  1997, preprint 
1203 \end_layout
1204
1205 \end_body
1206 \end_document