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Quick review of cs docs.
[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 541
3 \begin_document
4 \begin_header
5 \save_transient_properties true
6 \origin /systemlyxdir/examples/
7 \textclass aa
8 \use_default_options true
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10 \language english
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60 \tocdepth 3
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74
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76
77 \begin_layout Title
78 \begin_inset Note Note
79 status open
80
81 \begin_layout Plain Layout
82
83 \family roman
84 \series medium
85 \size normal
86 This is an example \SpecialChar LyX
87  file for articles to be submitted to the Journal of
88  Astronomy & Astrophysics (A&A).
89  How to install the A&A \SpecialChar LaTeX
90  class to your \SpecialChar LaTeX
91  system is explained in 
92 \begin_inset Flex URL
93 status open
94
95 \begin_layout Plain Layout
96
97 http://wiki.lyx.org/Layouts/Astronomy-Astrophysics
98 \end_layout
99
100 \end_inset
101
102 .
103 \begin_inset Newline newline
104 \end_inset
105
106 Depending on the submission state and the abstract layout, you need to use
107  different document class options that are listed in the aa manual.
108 \family default
109
110 \begin_inset Newline newline
111 \end_inset
112
113
114 \family roman
115 \series default
116 Note:
117 \series medium
118  If you use accented characters in your document, you must use the predefined
119  document class option 
120 \series default
121 latin9
122 \series medium
123  in the document settings.
124 \end_layout
125
126 \end_inset
127
128
129 \end_layout
130
131 \begin_layout Title
132 Hydrodynamics of giant planet formation
133 \end_layout
134
135 \begin_layout Subtitle
136 I.
137  Overviewing the 
138 \begin_inset Formula $\kappa$
139 \end_inset
140
141 -mechanism
142 \end_layout
143
144 \begin_layout Author
145 G.
146  Wuchterl
147 \begin_inset Flex institutemark
148 status open
149
150 \begin_layout Plain Layout
151 1
152 \end_layout
153
154 \end_inset
155
156
157 \begin_inset ERT
158 status collapsed
159
160 \begin_layout Plain Layout
161
162
163 \backslash
164 and 
165 \end_layout
166
167 \end_inset
168
169  C.
170  Ptolemy
171 \begin_inset Flex institutemark
172 status collapsed
173
174 \begin_layout Plain Layout
175 2
176 \end_layout
177
178 \end_inset
179
180
181 \begin_inset ERT
182 status collapsed
183
184 \begin_layout Plain Layout
185
186
187 \backslash
188 fnmsep 
189 \end_layout
190
191 \end_inset
192
193
194 \begin_inset Foot
195 status collapsed
196
197 \begin_layout Plain Layout
198 Just to show the usage of the elements in the author field
199 \end_layout
200
201 \end_inset
202
203  
204 \begin_inset Note Note
205 status collapsed
206
207 \begin_layout Plain Layout
208
209 \backslash
210 fnmsep is only needed for more than one consecutive notes/marks
211 \end_layout
212
213 \end_inset
214
215
216 \end_layout
217
218 \begin_layout Offprint
219 G.
220  Wuchterl
221 \end_layout
222
223 \begin_layout Address
224 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
225  17, A-1180 Vienna
226 \begin_inset Newline newline
227 \end_inset
228
229
230 \begin_inset Flex Email
231 status open
232
233 \begin_layout Plain Layout
234 wuchterl@amok.ast.univie.ac.at
235 \end_layout
236
237 \end_inset
238
239
240 \begin_inset ERT
241 status collapsed
242
243 \begin_layout Plain Layout
244
245
246 \backslash
247 and 
248 \end_layout
249
250 \end_inset
251
252 University of Alexandria, Department of Geography, ...
253 \begin_inset Newline newline
254 \end_inset
255
256
257 \begin_inset Flex Email
258 status collapsed
259
260 \begin_layout Plain Layout
261 c.ptolemy@hipparch.uheaven.space
262 \end_layout
263
264 \end_inset
265
266
267 \begin_inset Foot
268 status collapsed
269
270 \begin_layout Plain Layout
271 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
272 \end_layout
273
274 \end_inset
275
276  
277 \end_layout
278
279 \begin_layout Date
280 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
281 \end_layout
282
283 \begin_layout Abstract (unstructured)
284 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar softhyphen
285 leated instability' of proto
286  giant planets, the stability of layers in static, radiative gas spheres
287  is analysed on the basis of Baker's standard one-zone model.
288  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
289  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
290  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
291  equations of state which are universal for a given composition.
292  The stability equations of state are calculated for solar composition and
293  are displayed in the domain 
294 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
295 \end_inset
296
297
298 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
299 \end_inset
300
301 .
302  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
303  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
304  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
305  specified by state quantities as density 
306 \begin_inset Formula $\rho$
307 \end_inset
308
309 , temperature 
310 \begin_inset Formula $T$
311 \end_inset
312
313  or specific internal energy 
314 \begin_inset Formula $e$
315 \end_inset
316
317 .
318  Regions of instability in the 
319 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
320 \end_inset
321
322 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
323  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
324  lower than the second He ionisation zone.
325  The 
326 \begin_inset Formula $\kappa$
327 \end_inset
328
329 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
330 \begin_inset Note Note
331 status open
332
333 \begin_layout Plain Layout
334 Citations are not allowed in A&A abstracts.
335 \end_layout
336
337 \end_inset
338
339
340 \begin_inset Note Note
341 status open
342
343 \begin_layout Plain Layout
344 This is the unstructured abstract type, an example for the structured abstract
345  is in the 
346 \family sans
347 aa.lyx
348 \family default
349  template file that comes with \SpecialChar LyX
350 .
351 \end_layout
352
353 \end_inset
354
355
356 \end_layout
357
358 \begin_layout Keywords
359 giant planet formation – 
360 \begin_inset Formula $\kappa$
361 \end_inset
362
363 -mechanism – stability of gas spheres
364 \end_layout
365
366 \begin_layout Section
367 Introduction
368 \end_layout
369
370 \begin_layout Standard
371 In the 
372 \emph on
373 nucleated instability
374 \emph default
375  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
376  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
377  Mizuno (
378 \begin_inset CommandInset citation
379 LatexCommand cite
380 key "Eisenstein2005"
381 literal "true"
382
383 \end_inset
384
385 ) determined the critical mass of the core to be about 
386 \begin_inset Formula $12\,M_{\oplus}$
387 \end_inset
388
389  (
390 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
391 \end_inset
392
393  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
394  and therefore independent of the location in the solar nebula.
395  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
396  of today's giant planets.
397 \end_layout
398
399 \begin_layout Standard
400 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
401  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
402  critical mass.
403  The main motivation for this article is to investigate the stability of
404  the static envelope at the critical mass.
405  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
406  is investigated on the basis of Baker's (
407 \begin_inset CommandInset citation
408 LatexCommand cite
409 key "Abernethy2003"
410 literal "true"
411
412 \end_inset
413
414 ) standard one-zone model.
415 \end_layout
416
417 \begin_layout Standard
418 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
419  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
420  protostellar cores explode (Tscharnuter 
421 \begin_inset CommandInset citation
422 LatexCommand cite
423 key "Cotton1999"
424 literal "true"
425
426 \end_inset
427
428 , Balluch 
429 \begin_inset CommandInset citation
430 LatexCommand cite
431 key "Mena2000"
432 literal "true"
433
434 \end_inset
435
436 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
437  The similarities in the (micro)physics, i.
438 \begin_inset space \thinspace{}
439 \end_inset
440
441 g.
442 \begin_inset space \space{}
443 \end_inset
444
445 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
446  as a further motivation for this study.
447 \end_layout
448
449 \begin_layout Section
450 Baker's standard one-zone model
451 \end_layout
452
453 \begin_layout Standard
454 \begin_inset Float figure
455 wide true
456 sideways false
457 status open
458
459 \begin_layout Plain Layout
460 \begin_inset Caption Standard
461
462 \begin_layout Plain Layout
463 \begin_inset CommandInset label
464 LatexCommand label
465 name "fig:FigGam"
466
467 \end_inset
468
469 Adiabatic exponent 
470 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
471 \end_inset
472
473 .
474  
475 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
476 \end_inset
477
478  is plotted as a function of 
479 \begin_inset Formula $\lg$
480 \end_inset
481
482  internal energy 
483 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
484 \end_inset
485
486  and 
487 \begin_inset Formula $\lg$
488 \end_inset
489
490  density 
491 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
492 \end_inset
493
494
495 \end_layout
496
497 \end_inset
498
499
500 \end_layout
501
502 \end_inset
503
504  In this section the one-zone model of Baker (
505 \begin_inset CommandInset citation
506 LatexCommand cite
507 key "Abernethy2003"
508 literal "true"
509
510 \end_inset
511
512 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
513  reviewed.
514  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
515  variables, local timescales and constitutive relations.
516 \end_layout
517
518 \begin_layout Standard
519 Baker (
520 \begin_inset CommandInset citation
521 LatexCommand cite
522 key "Abernethy2003"
523 literal "true"
524
525 \end_inset
526
527 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
528  gas clouds with the following properties: 
529 \end_layout
530
531 \begin_layout Itemize
532 hydrostatic equilibrium, 
533 \end_layout
534
535 \begin_layout Itemize
536 thermal equilibrium, 
537 \end_layout
538
539 \begin_layout Itemize
540 energy transport by grey radiation diffusion.
541  
542 \end_layout
543
544 \begin_layout Standard
545 \noindent
546 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
547  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
548 \begin_inset space \space{}
549 \end_inset
550
551 (34a,
552 \begin_inset space \thinspace{}
553 \end_inset
554
555 b,
556 \begin_inset space \thinspace{}
557 \end_inset
558
559 c) in Baker 
560 \begin_inset CommandInset citation
561 LatexCommand cite
562 key "Abernethy2003"
563 literal "true"
564
565 \end_inset
566
567 ).
568  Using Baker's notation:
569 \end_layout
570
571 \begin_layout Standard
572 \align left
573 \begin_inset Formula 
574 \begin{eqnarray*}
575 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
576 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
577 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
578 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
579 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
580 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
581 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}
582 \end{eqnarray*}
583
584 \end_inset
585
586  
587 \end_layout
588
589 \begin_layout Standard
590 \noindent
591 and with the definitions of the 
592 \emph on
593 local cooling time
594 \emph default
595  (see Fig.
596 \begin_inset space ~
597 \end_inset
598
599
600 \begin_inset CommandInset ref
601 LatexCommand ref
602 reference "fig:FigGam"
603
604 \end_inset
605
606
607 \begin_inset Formula 
608 \begin{equation}
609 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,
610 \end{equation}
611
612 \end_inset
613
614  and the 
615 \emph on
616 local free-fall time
617 \emph default
618
619 \begin_inset Formula 
620 \begin{equation}
621 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,
622 \end{equation}
623
624 \end_inset
625
626  Baker's 
627 \begin_inset Formula $K$
628 \end_inset
629
630  and 
631 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
632 \end_inset
633
634  have the following form: 
635 \begin_inset Formula 
636 \begin{eqnarray}
637 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
638 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;
639 \end{eqnarray}
640
641 \end_inset
642
643  where 
644 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
645 \end_inset
646
647  has been used and 
648 \begin_inset Formula 
649 \begin{equation}
650 \begin{array}{l}
651 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
652 e=mc^{2}
653 \end{array}
654 \end{equation}
655
656 \end_inset
657
658  is a thermodynamical quantity which is of order 
659 \begin_inset Formula $1$
660 \end_inset
661
662  and equal to 
663 \begin_inset Formula $1$
664 \end_inset
665
666  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
667  The physical meaning of 
668 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
669 \end_inset
670
671  and 
672 \begin_inset Formula $K$
673 \end_inset
674
675  is clearly visible in the equations above.
676  
677 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
678 \end_inset
679
680  represents a frequency of the order one per free-fall time.
681  
682 \begin_inset Formula $K$
683 \end_inset
684
685  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
686  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
687  definitions of thermodynamic quantities, 
688 \begin_inset Formula 
689 \[
690 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}
691 \]
692
693 \end_inset
694
695
696 \begin_inset Formula 
697 \[
698 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}
699 \]
700
701 \end_inset
702
703  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
704 \emph on
705 stability
706 \emph default
707  given below: 
708 \begin_inset Formula 
709 \begin{eqnarray}
710 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
711 \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}\\
712 \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}
713 \end{eqnarray}
714
715 \end_inset
716
717  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
718 \begin_inset CommandInset citation
719 LatexCommand cite
720 key "Abernethy2003"
721 literal "true"
722
723 \end_inset
724
725 ) or Cox (
726 \begin_inset CommandInset citation
727 LatexCommand cite
728 key "Parkin2005"
729 literal "true"
730
731 \end_inset
732
733 ).
734 \end_layout
735
736 \begin_layout Standard
737 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
738  respectively, can be factorized into 
739 \end_layout
740
741 \begin_layout Enumerate
742 a factor containing local timescales only, 
743 \end_layout
744
745 \begin_layout Enumerate
746 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
747  
748 \end_layout
749
750 \begin_layout Standard
751 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
752  The signs of the left hand sides of the inequalities
753 \begin_inset space ~
754 \end_inset
755
756 (
757 \begin_inset CommandInset ref
758 LatexCommand ref
759 reference "ZSDynSta"
760
761 \end_inset
762
763 ), (
764 \begin_inset CommandInset ref
765 LatexCommand ref
766 reference "ZSSecSta"
767
768 \end_inset
769
770 ) and (
771 \begin_inset CommandInset ref
772 LatexCommand ref
773 reference "ZSVibSta"
774
775 \end_inset
776
777 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
778  relations.
779  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
780  are 
781 \emph on
782  functions of the thermodynamic state in the local zone
783 \emph default
784 .
785  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
786  of state, given for example, as a function of density and temperature.
787  Once the microphysics, i.
788 \begin_inset space \thinspace{}
789 \end_inset
790
791 g.
792 \begin_inset space \space{}
793 \end_inset
794
795 the thermodynamics and opacities (see Table
796 \begin_inset space ~
797 \end_inset
798
799
800 \begin_inset CommandInset ref
801 LatexCommand ref
802 reference "tab:KapSou"
803
804 \end_inset
805
806 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
807  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
808  The zone – or in other words the layer – will be stable or unstable in
809  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
810  assumptions.
811  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
812  different for layers in different objects.
813 \end_layout
814
815 \begin_layout Standard
816 \begin_inset Float table
817 wide false
818 sideways false
819 status open
820
821 \begin_layout Plain Layout
822 \begin_inset Caption Standard
823
824 \begin_layout Plain Layout
825 \begin_inset CommandInset label
826 LatexCommand label
827 name "tab:KapSou"
828
829 \end_inset
830
831 Opacity sources
832 \end_layout
833
834 \end_inset
835
836
837 \end_layout
838
839 \begin_layout Plain Layout
840 \align center
841 \begin_inset Tabular
842 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
843 <features tabularvalignment="middle">
844 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
845 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
846 <row>
847 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
848 \begin_inset Text
849
850 \begin_layout Plain Layout
851 Source
852 \end_layout
853
854 \end_inset
855 </cell>
856 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
857 \begin_inset Text
858
859 \begin_layout Plain Layout
860 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
861 \end_inset
862
863
864 \end_layout
865
866 \end_inset
867 </cell>
868 </row>
869 <row>
870 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
871 \begin_inset Text
872
873 \begin_layout Plain Layout
874 Yorke 1979, Yorke 1980a
875 \end_layout
876
877 \end_inset
878 </cell>
879 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
880 \begin_inset Text
881
882 \begin_layout Plain Layout
883 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
884 \end_inset
885
886
887 \end_layout
888
889 \end_inset
890 </cell>
891 </row>
892 <row>
893 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
894 \begin_inset Text
895
896 \begin_layout Plain Layout
897 Krügel 1971
898 \end_layout
899
900 \end_inset
901 </cell>
902 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
903 \begin_inset Text
904
905 \begin_layout Plain Layout
906 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
907 \end_inset
908
909  
910 \end_layout
911
912 \end_inset
913 </cell>
914 </row>
915 <row>
916 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
917 \begin_inset Text
918
919 \begin_layout Plain Layout
920 Cox & Stewart 1969
921 \end_layout
922
923 \end_inset
924 </cell>
925 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
926 \begin_inset Text
927
928 \begin_layout Plain Layout
929 \begin_inset Formula $5000\leq$
930 \end_inset
931
932
933 \end_layout
934
935 \end_inset
936 </cell>
937 </row>
938 </lyxtabular>
939
940 \end_inset
941
942
943 \end_layout
944
945 \begin_layout Plain Layout
946 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
947 \end_inset
948
949 This is footnote a
950 \end_layout
951
952 \end_inset
953
954  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
955  of the left-hand sides of the inequalities (
956 \begin_inset CommandInset ref
957 LatexCommand ref
958 reference "ZSDynSta"
959
960 \end_inset
961
962 ), (
963 \begin_inset CommandInset ref
964 LatexCommand ref
965 reference "ZSSecSta"
966
967 \end_inset
968
969 ) and (
970 \begin_inset CommandInset ref
971 LatexCommand ref
972 reference "ZSVibSta"
973
974 \end_inset
975
976 ) and thereby obtain 
977 \emph on
978 stability equations of state
979 \emph default
980 .
981 \end_layout
982
983 \begin_layout Standard
984 The sign determining part of inequality
985 \begin_inset space ~
986 \end_inset
987
988 (
989 \begin_inset CommandInset ref
990 LatexCommand ref
991 reference "ZSDynSta"
992
993 \end_inset
994
995 ) is 
996 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
997 \end_inset
998
999  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
1000 \begin_inset Formula 
1001 \begin{equation}
1002 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot
1003 \end{equation}
1004
1005 \end_inset
1006
1007  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
1008 \begin_inset Formula 
1009 \begin{equation}
1010 \chi_{\rho}^{}>0,\;\;c_{v}>0\,,
1011 \end{equation}
1012
1013 \end_inset
1014
1015  and 
1016 \begin_inset Formula 
1017 \begin{equation}
1018 \chi_{T}^{}>0
1019 \end{equation}
1020
1021 \end_inset
1022
1023  holds for a wide range of physical situations.
1024  With 
1025 \begin_inset Formula 
1026 \begin{eqnarray}
1027 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
1028 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
1029 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0
1030 \end{eqnarray}
1031
1032 \end_inset
1033
1034  we find the sign determining terms in inequalities
1035 \begin_inset space ~
1036 \end_inset
1037
1038 (
1039 \begin_inset CommandInset ref
1040 LatexCommand ref
1041 reference "ZSSecSta"
1042
1043 \end_inset
1044
1045 ) and (
1046 \begin_inset CommandInset ref
1047 LatexCommand ref
1048 reference "ZSVibSta"
1049
1050 \end_inset
1051
1052 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
1053  secular and vibrational 
1054 \emph on
1055 stability
1056 \emph default
1057 , respectively: 
1058 \begin_inset Formula 
1059 \begin{eqnarray}
1060 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
1061 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
1062 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}
1063 \end{eqnarray}
1064
1065 \end_inset
1066
1067  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
1068 c state (say 
1069 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
1070 \end_inset
1071
1072 ) of the zone.
1073  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
1074 e relations 
1075 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
1076 \end_inset
1077
1078
1079 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
1080 \end_inset
1081
1082
1083 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
1084 \end_inset
1085
1086
1087 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
1088 \end_inset
1089
1090 .
1091  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
1092  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
1093  state 
1094 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\,S_{\mathrm{sec}}$
1095 \end_inset
1096
1097  and 
1098 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1099 \end_inset
1100
1101 .
1102  See Fig.
1103 \begin_inset space ~
1104 \end_inset
1105
1106
1107 \begin_inset CommandInset ref
1108 LatexCommand ref
1109 reference "fig:VibStabEquation"
1110
1111 \end_inset
1112
1113  for a picture of 
1114 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1115 \end_inset
1116
1117 .
1118  Regions of secular instability are listed in Table
1119 \begin_inset space ~
1120 \end_inset
1121
1122 1.
1123 \end_layout
1124
1125 \begin_layout Standard
1126 \begin_inset Float figure
1127 wide false
1128 sideways false
1129 status open
1130
1131 \begin_layout Plain Layout
1132 \begin_inset Caption Standard
1133
1134 \begin_layout Plain Layout
1135 \begin_inset CommandInset label
1136 LatexCommand label
1137 name "fig:VibStabEquation"
1138
1139 \end_inset
1140
1141 Vibrational stability equation of state 
1142 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
1143 \end_inset
1144
1145 .
1146  
1147 \begin_inset Formula $>0$
1148 \end_inset
1149
1150  means vibrational stability 
1151 \end_layout
1152
1153 \end_inset
1154
1155
1156 \end_layout
1157
1158 \end_inset
1159
1160
1161 \end_layout
1162
1163 \begin_layout Section
1164 Conclusions
1165 \end_layout
1166
1167 \begin_layout Enumerate
1168 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1169  as described by Baker's (
1170 \begin_inset CommandInset citation
1171 LatexCommand cite
1172 key "Abernethy2003"
1173 literal "true"
1174
1175 \end_inset
1176
1177 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1178  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1179  state of the layer.
1180  
1181 \end_layout
1182
1183 \begin_layout Enumerate
1184 If the constitutive relations – equations of state and Rosseland mean opacities
1185  – are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1186  specifying properties of the layer.
1187  
1188 \end_layout
1189
1190 \begin_layout Enumerate
1191 For solar composition gas the 
1192 \begin_inset Formula $\kappa$
1193 \end_inset
1194
1195 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1196  opacities, the 
1197 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1198 \end_inset
1199
1200  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1201  by vibrational instability.
1202  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1203 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1204  
1205 \end_layout
1206
1207 \begin_layout Acknowledgement
1208 Part of this work was supported by the German 
1209 \emph on
1210 Deut\SpecialChar softhyphen
1211 sche For\SpecialChar softhyphen
1212 schungs\SpecialChar softhyphen
1213 ge\SpecialChar softhyphen
1214 mein\SpecialChar softhyphen
1215 schaft, DFG
1216 \emph default
1217  project number Ts
1218 \begin_inset space ~
1219 \end_inset
1220
1221 17/2–1.
1222 \end_layout
1223
1224 \begin_layout Standard
1225 \begin_inset CommandInset bibtex
1226 LatexCommand bibtex
1227 btprint "btPrintAll"
1228 bibfiles "biblioExample"
1229 options "aa"
1230
1231 \end_inset
1232
1233
1234 \begin_inset Note Note
1235 status open
1236
1237 \begin_layout Plain Layout
1238
1239 \series bold
1240 Note:
1241 \series default
1242  If you cannot see the bibliography in the output, assure that you have
1243  gievn the full path to the Bib\SpecialChar TeX
1244  style file 
1245 \family sans
1246 aa.bst
1247 \family default
1248  that is part of the A&A \SpecialChar LaTeX
1249 -package.
1250 \end_layout
1251
1252 \end_inset
1253
1254
1255 \end_layout
1256
1257 \end_body
1258 \end_document