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Update ru.po
[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 544
3 \begin_document
4 \begin_header
5 \save_transient_properties true
6 \origin /systemlyxdir/examples/
7 \textclass aa
8 \use_default_options true
9 \maintain_unincluded_children false
10 \language english
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14 \font_roman "default" "default"
15 \font_sans "default" "default"
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61 \tocdepth 3
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76 \end_header
77
78 \begin_body
79
80 \begin_layout Title
81 \begin_inset Note Note
82 status open
83
84 \begin_layout Plain Layout
85
86 \family roman
87 \series medium
88 \size normal
89 This is an example \SpecialChar LyX
90  file for articles to be submitted to the Journal of
91  Astronomy & Astrophysics (A&A).
92  How to install the A&A \SpecialChar LaTeX
93  class to your \SpecialChar LaTeX
94  system is explained in 
95 \begin_inset Flex URL
96 status open
97
98 \begin_layout Plain Layout
99
100 https://wiki.lyx.org/Layouts/Astronomy-Astrophysics
101 \end_layout
102
103 \end_inset
104
105 .
106 \begin_inset Newline newline
107 \end_inset
108
109 Depending on the submission state and the abstract layout, you need to use
110  different document class options that are listed in the aa manual.
111 \family default
112
113 \begin_inset Newline newline
114 \end_inset
115
116
117 \family roman
118 \series default
119 Note:
120 \series medium
121  If you use accented characters in your document, you must use the predefined
122  document class option 
123 \series default
124 latin9
125 \series medium
126  in the document settings.
127 \end_layout
128
129 \end_inset
130
131
132 \end_layout
133
134 \begin_layout Title
135 Hydrodynamics of giant planet formation
136 \end_layout
137
138 \begin_layout Subtitle
139 I.
140  Overviewing the 
141 \begin_inset Formula $\kappa$
142 \end_inset
143
144 -mechanism
145 \end_layout
146
147 \begin_layout Author
148 G.
149  Wuchterl
150 \begin_inset Flex institutemark
151 status open
152
153 \begin_layout Plain Layout
154 1
155 \end_layout
156
157 \end_inset
158
159
160 \begin_inset ERT
161 status collapsed
162
163 \begin_layout Plain Layout
164
165
166 \backslash
167 and 
168 \end_layout
169
170 \end_inset
171
172  C.
173  Ptolemy
174 \begin_inset Flex institutemark
175 status collapsed
176
177 \begin_layout Plain Layout
178 2
179 \end_layout
180
181 \end_inset
182
183
184 \begin_inset ERT
185 status collapsed
186
187 \begin_layout Plain Layout
188
189
190 \backslash
191 fnmsep 
192 \end_layout
193
194 \end_inset
195
196
197 \begin_inset Foot
198 status collapsed
199
200 \begin_layout Plain Layout
201 Just to show the usage of the elements in the author field
202 \end_layout
203
204 \end_inset
205
206  
207 \begin_inset Note Note
208 status collapsed
209
210 \begin_layout Plain Layout
211
212 \backslash
213 fnmsep is only needed for more than one consecutive notes/marks
214 \end_layout
215
216 \end_inset
217
218
219 \end_layout
220
221 \begin_layout Offprint
222 G.
223  Wuchterl
224 \end_layout
225
226 \begin_layout Address
227 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
228  17, A-1180 Vienna
229 \begin_inset Newline newline
230 \end_inset
231
232
233 \begin_inset Flex Email
234 status open
235
236 \begin_layout Plain Layout
237 wuchterl@amok.ast.univie.ac.at
238 \end_layout
239
240 \end_inset
241
242
243 \begin_inset ERT
244 status collapsed
245
246 \begin_layout Plain Layout
247
248
249 \backslash
250 and 
251 \end_layout
252
253 \end_inset
254
255 University of Alexandria, Department of Geography, ...
256 \begin_inset Newline newline
257 \end_inset
258
259
260 \begin_inset Flex Email
261 status collapsed
262
263 \begin_layout Plain Layout
264 c.ptolemy@hipparch.uheaven.space
265 \end_layout
266
267 \end_inset
268
269
270 \begin_inset Foot
271 status collapsed
272
273 \begin_layout Plain Layout
274 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
275 \end_layout
276
277 \end_inset
278
279  
280 \end_layout
281
282 \begin_layout Date
283 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
284 \end_layout
285
286 \begin_layout Abstract (unstructured)
287 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar softhyphen
288 leated instability' of proto
289  giant planets, the stability of layers in static, radiative gas spheres
290  is analysed on the basis of Baker's standard one-zone model.
291  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
292  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
293  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
294  equations of state which are universal for a given composition.
295  The stability equations of state are calculated for solar composition and
296  are displayed in the domain 
297 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
298 \end_inset
299
300
301 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
302 \end_inset
303
304 .
305  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
306  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
307  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
308  specified by state quantities as density 
309 \begin_inset Formula $\rho$
310 \end_inset
311
312 , temperature 
313 \begin_inset Formula $T$
314 \end_inset
315
316  or specific internal energy 
317 \begin_inset Formula $e$
318 \end_inset
319
320 .
321  Regions of instability in the 
322 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
323 \end_inset
324
325 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
326  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
327  lower than the second He ionisation zone.
328  The 
329 \begin_inset Formula $\kappa$
330 \end_inset
331
332 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
333 \begin_inset Note Note
334 status open
335
336 \begin_layout Plain Layout
337 Citations are not allowed in A&A abstracts.
338 \end_layout
339
340 \end_inset
341
342
343 \begin_inset Note Note
344 status open
345
346 \begin_layout Plain Layout
347 This is the unstructured abstract type, an example for the structured abstract
348  is in the 
349 \family sans
350 aa.lyx
351 \family default
352  template file that comes with \SpecialChar LyX
353 .
354 \end_layout
355
356 \end_inset
357
358
359 \end_layout
360
361 \begin_layout Keywords
362 giant planet formation – 
363 \begin_inset Formula $\kappa$
364 \end_inset
365
366 -mechanism – stability of gas spheres
367 \end_layout
368
369 \begin_layout Section
370 Introduction
371 \end_layout
372
373 \begin_layout Standard
374 In the 
375 \emph on
376 nucleated instability
377 \emph default
378  (also called core instability) hypothesis of giant planet formation, a
379  critical mass for static core envelope protoplanets has been found.
380  Mizuno (
381 \begin_inset CommandInset citation
382 LatexCommand cite
383 key "Eisenstein2005"
384 literal "true"
385
386 \end_inset
387
388 ) determined the critical mass of the core to be about 
389 \begin_inset Formula $12\,M_{\oplus}$
390 \end_inset
391
392  (
393 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
394 \end_inset
395
396  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
397  and therefore independent of the location in the solar nebula.
398  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
399  of today's giant planets.
400 \end_layout
401
402 \begin_layout Standard
403 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
404  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
405  critical mass.
406  The main motivation for this article is to investigate the stability of
407  the static envelope at the critical mass.
408  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
409  is investigated on the basis of Baker's (
410 \begin_inset CommandInset citation
411 LatexCommand cite
412 key "Abernethy2003"
413 literal "true"
414
415 \end_inset
416
417 ) standard one-zone model.
418 \end_layout
419
420 \begin_layout Standard
421 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
422  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
423  protostellar cores explode (Tscharnuter 
424 \begin_inset CommandInset citation
425 LatexCommand cite
426 key "Cotton1999"
427 literal "true"
428
429 \end_inset
430
431 , Balluch 
432 \begin_inset CommandInset citation
433 LatexCommand cite
434 key "Mena2000"
435 literal "true"
436
437 \end_inset
438
439 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
440  The similarities in the (micro)physics, i.
441 \begin_inset space \thinspace{}
442 \end_inset
443
444 g.
445 \begin_inset space \space{}
446 \end_inset
447
448 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
449  as a further motivation for this study.
450 \end_layout
451
452 \begin_layout Section
453 Baker's standard one-zone model
454 \end_layout
455
456 \begin_layout Standard
457 \begin_inset Float figure
458 wide true
459 sideways false
460 status open
461
462 \begin_layout Plain Layout
463 \begin_inset Caption Standard
464
465 \begin_layout Plain Layout
466 \begin_inset CommandInset label
467 LatexCommand label
468 name "fig:FigGam"
469
470 \end_inset
471
472 Adiabatic exponent 
473 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
474 \end_inset
475
476 .
477  
478 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
479 \end_inset
480
481  is plotted as a function of 
482 \begin_inset Formula $\lg$
483 \end_inset
484
485  internal energy 
486 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
487 \end_inset
488
489  and 
490 \begin_inset Formula $\lg$
491 \end_inset
492
493  density 
494 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
495 \end_inset
496
497
498 \end_layout
499
500 \end_inset
501
502
503 \end_layout
504
505 \end_inset
506
507  In this section the one-zone model of Baker (
508 \begin_inset CommandInset citation
509 LatexCommand cite
510 key "Abernethy2003"
511 literal "true"
512
513 \end_inset
514
515 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
516  reviewed.
517  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
518  variables, local timescales and constitutive relations.
519 \end_layout
520
521 \begin_layout Standard
522 Baker (
523 \begin_inset CommandInset citation
524 LatexCommand cite
525 key "Abernethy2003"
526 literal "true"
527
528 \end_inset
529
530 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
531  gas clouds with the following properties: 
532 \end_layout
533
534 \begin_layout Itemize
535 hydrostatic equilibrium, 
536 \end_layout
537
538 \begin_layout Itemize
539 thermal equilibrium, 
540 \end_layout
541
542 \begin_layout Itemize
543 energy transport by grey radiation diffusion.
544  
545 \end_layout
546
547 \begin_layout Standard
548 \noindent
549 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
550  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
551 \begin_inset space \space{}
552 \end_inset
553
554 (34a,
555 \begin_inset space \thinspace{}
556 \end_inset
557
558 b,
559 \begin_inset space \thinspace{}
560 \end_inset
561
562 c) in Baker 
563 \begin_inset CommandInset citation
564 LatexCommand cite
565 key "Abernethy2003"
566 literal "true"
567
568 \end_inset
569
570 ).
571  Using Baker's notation:
572 \end_layout
573
574 \begin_layout Standard
575 \align left
576 \begin_inset Formula 
577 \begin{eqnarray*}
578 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
579 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
580 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
581 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
582 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
583 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
584 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}
585 \end{eqnarray*}
586
587 \end_inset
588
589  
590 \end_layout
591
592 \begin_layout Standard
593 \noindent
594 and with the definitions of the 
595 \emph on
596 local cooling time
597 \emph default
598  (see Fig.
599 \begin_inset space ~
600 \end_inset
601
602
603 \begin_inset CommandInset ref
604 LatexCommand ref
605 reference "fig:FigGam"
606
607 \end_inset
608
609
610 \begin_inset Formula 
611 \begin{equation}
612 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,
613 \end{equation}
614
615 \end_inset
616
617  and the 
618 \emph on
619 local free-fall time
620 \emph default
621
622 \begin_inset Formula 
623 \begin{equation}
624 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,
625 \end{equation}
626
627 \end_inset
628
629  Baker's 
630 \begin_inset Formula $K$
631 \end_inset
632
633  and 
634 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
635 \end_inset
636
637  have the following form: 
638 \begin_inset Formula 
639 \begin{eqnarray}
640 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
641 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;
642 \end{eqnarray}
643
644 \end_inset
645
646  where 
647 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
648 \end_inset
649
650  has been used and 
651 \begin_inset Formula 
652 \begin{equation}
653 \begin{array}{l}
654 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
655 e=mc^{2}
656 \end{array}
657 \end{equation}
658
659 \end_inset
660
661  is a thermodynamical quantity which is of order 
662 \begin_inset Formula $1$
663 \end_inset
664
665  and equal to 
666 \begin_inset Formula $1$
667 \end_inset
668
669  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
670  The physical meaning of 
671 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
672 \end_inset
673
674  and 
675 \begin_inset Formula $K$
676 \end_inset
677
678  is clearly visible in the equations above.
679  
680 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
681 \end_inset
682
683  represents a frequency of the order one per free-fall time.
684  
685 \begin_inset Formula $K$
686 \end_inset
687
688  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
689  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
690  definitions of thermodynamic quantities, 
691 \begin_inset Formula 
692 \[
693 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}
694 \]
695
696 \end_inset
697
698
699 \begin_inset Formula 
700 \[
701 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}
702 \]
703
704 \end_inset
705
706  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
707 \emph on
708 stability
709 \emph default
710  given below: 
711 \begin_inset Formula 
712 \begin{eqnarray}
713 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
714 \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}\\
715 \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}
716 \end{eqnarray}
717
718 \end_inset
719
720  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
721 \begin_inset CommandInset citation
722 LatexCommand cite
723 key "Abernethy2003"
724 literal "true"
725
726 \end_inset
727
728 ) or Cox (
729 \begin_inset CommandInset citation
730 LatexCommand cite
731 key "Parkin2005"
732 literal "true"
733
734 \end_inset
735
736 ).
737 \end_layout
738
739 \begin_layout Standard
740 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
741  respectively, can be factorized into 
742 \end_layout
743
744 \begin_layout Enumerate
745 a factor containing local timescales only, 
746 \end_layout
747
748 \begin_layout Enumerate
749 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
750  
751 \end_layout
752
753 \begin_layout Standard
754 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
755  The signs of the left hand sides of the inequalities
756 \begin_inset space ~
757 \end_inset
758
759 (
760 \begin_inset CommandInset ref
761 LatexCommand ref
762 reference "ZSDynSta"
763
764 \end_inset
765
766 ), (
767 \begin_inset CommandInset ref
768 LatexCommand ref
769 reference "ZSSecSta"
770
771 \end_inset
772
773 ) and (
774 \begin_inset CommandInset ref
775 LatexCommand ref
776 reference "ZSVibSta"
777
778 \end_inset
779
780 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
781  relations.
782  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
783  are 
784 \emph on
785  functions of the thermodynamic state in the local zone
786 \emph default
787 .
788  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
789  of state, given for example, as a function of density and temperature.
790  Once the microphysics, i.
791 \begin_inset space \thinspace{}
792 \end_inset
793
794 g.
795 \begin_inset space \space{}
796 \end_inset
797
798 the thermodynamics and opacities (see Table
799 \begin_inset space ~
800 \end_inset
801
802
803 \begin_inset CommandInset ref
804 LatexCommand ref
805 reference "tab:KapSou"
806
807 \end_inset
808
809 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
810  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
811  The zone – or in other words the layer – will be stable or unstable in
812  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
813  assumptions.
814  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
815  different for layers in different objects.
816 \end_layout
817
818 \begin_layout Standard
819 \begin_inset Float table
820 wide false
821 sideways false
822 status open
823
824 \begin_layout Plain Layout
825 \begin_inset Caption Standard
826
827 \begin_layout Plain Layout
828 \begin_inset CommandInset label
829 LatexCommand label
830 name "tab:KapSou"
831
832 \end_inset
833
834 Opacity sources
835 \end_layout
836
837 \end_inset
838
839
840 \end_layout
841
842 \begin_layout Plain Layout
843 \align center
844 \begin_inset Tabular
845 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
846 <features tabularvalignment="middle">
847 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
848 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
849 <row>
850 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
851 \begin_inset Text
852
853 \begin_layout Plain Layout
854 Source
855 \end_layout
856
857 \end_inset
858 </cell>
859 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
860 \begin_inset Text
861
862 \begin_layout Plain Layout
863 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
864 \end_inset
865
866
867 \end_layout
868
869 \end_inset
870 </cell>
871 </row>
872 <row>
873 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
874 \begin_inset Text
875
876 \begin_layout Plain Layout
877 Yorke 1979, Yorke 1980a
878 \end_layout
879
880 \end_inset
881 </cell>
882 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
883 \begin_inset Text
884
885 \begin_layout Plain Layout
886 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
887 \end_inset
888
889
890 \end_layout
891
892 \end_inset
893 </cell>
894 </row>
895 <row>
896 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
897 \begin_inset Text
898
899 \begin_layout Plain Layout
900 Krügel 1971
901 \end_layout
902
903 \end_inset
904 </cell>
905 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
906 \begin_inset Text
907
908 \begin_layout Plain Layout
909 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
910 \end_inset
911
912  
913 \end_layout
914
915 \end_inset
916 </cell>
917 </row>
918 <row>
919 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
920 \begin_inset Text
921
922 \begin_layout Plain Layout
923 Cox & Stewart 1969
924 \end_layout
925
926 \end_inset
927 </cell>
928 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
929 \begin_inset Text
930
931 \begin_layout Plain Layout
932 \begin_inset Formula $5000\leq$
933 \end_inset
934
935
936 \end_layout
937
938 \end_inset
939 </cell>
940 </row>
941 </lyxtabular>
942
943 \end_inset
944
945
946 \end_layout
947
948 \begin_layout Plain Layout
949 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
950 \end_inset
951
952 This is footnote a
953 \end_layout
954
955 \end_inset
956
957  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
958  of the left-hand sides of the inequalities (
959 \begin_inset CommandInset ref
960 LatexCommand ref
961 reference "ZSDynSta"
962
963 \end_inset
964
965 ), (
966 \begin_inset CommandInset ref
967 LatexCommand ref
968 reference "ZSSecSta"
969
970 \end_inset
971
972 ) and (
973 \begin_inset CommandInset ref
974 LatexCommand ref
975 reference "ZSVibSta"
976
977 \end_inset
978
979 ) and thereby obtain 
980 \emph on
981 stability equations of state
982 \emph default
983 .
984 \end_layout
985
986 \begin_layout Standard
987 The sign determining part of inequality
988 \begin_inset space ~
989 \end_inset
990
991 (
992 \begin_inset CommandInset ref
993 LatexCommand ref
994 reference "ZSDynSta"
995
996 \end_inset
997
998 ) is 
999 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
1000 \end_inset
1001
1002  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
1003 \begin_inset Formula 
1004 \begin{equation}
1005 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot
1006 \end{equation}
1007
1008 \end_inset
1009
1010  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
1011 \begin_inset Formula 
1012 \begin{equation}
1013 \chi_{\rho}^{}>0,\;\;c_{v}>0\,,
1014 \end{equation}
1015
1016 \end_inset
1017
1018  and 
1019 \begin_inset Formula 
1020 \begin{equation}
1021 \chi_{T}^{}>0
1022 \end{equation}
1023
1024 \end_inset
1025
1026  holds for a wide range of physical situations.
1027  With 
1028 \begin_inset Formula 
1029 \begin{eqnarray}
1030 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
1031 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
1032 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0
1033 \end{eqnarray}
1034
1035 \end_inset
1036
1037  we find the sign determining terms in inequalities
1038 \begin_inset space ~
1039 \end_inset
1040
1041 (
1042 \begin_inset CommandInset ref
1043 LatexCommand ref
1044 reference "ZSSecSta"
1045
1046 \end_inset
1047
1048 ) and (
1049 \begin_inset CommandInset ref
1050 LatexCommand ref
1051 reference "ZSVibSta"
1052
1053 \end_inset
1054
1055 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
1056  secular and vibrational 
1057 \emph on
1058 stability
1059 \emph default
1060 , respectively: 
1061 \begin_inset Formula 
1062 \begin{eqnarray}
1063 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
1064 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
1065 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}
1066 \end{eqnarray}
1067
1068 \end_inset
1069
1070  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
1071 c state (say 
1072 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
1073 \end_inset
1074
1075 ) of the zone.
1076  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
1077 e relations 
1078 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
1079 \end_inset
1080
1081
1082 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
1083 \end_inset
1084
1085
1086 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
1087 \end_inset
1088
1089
1090 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
1091 \end_inset
1092
1093 .
1094  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
1095  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
1096  state 
1097 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\,S_{\mathrm{sec}}$
1098 \end_inset
1099
1100  and 
1101 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1102 \end_inset
1103
1104 .
1105  See Fig.
1106 \begin_inset space ~
1107 \end_inset
1108
1109
1110 \begin_inset CommandInset ref
1111 LatexCommand ref
1112 reference "fig:VibStabEquation"
1113
1114 \end_inset
1115
1116  for a picture of 
1117 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1118 \end_inset
1119
1120 .
1121  Regions of secular instability are listed in Table
1122 \begin_inset space ~
1123 \end_inset
1124
1125 1.
1126 \end_layout
1127
1128 \begin_layout Standard
1129 \begin_inset Float figure
1130 wide false
1131 sideways false
1132 status open
1133
1134 \begin_layout Plain Layout
1135 \begin_inset Caption Standard
1136
1137 \begin_layout Plain Layout
1138 \begin_inset CommandInset label
1139 LatexCommand label
1140 name "fig:VibStabEquation"
1141
1142 \end_inset
1143
1144 Vibrational stability equation of state 
1145 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
1146 \end_inset
1147
1148 .
1149  
1150 \begin_inset Formula $>0$
1151 \end_inset
1152
1153  means vibrational stability 
1154 \end_layout
1155
1156 \end_inset
1157
1158
1159 \end_layout
1160
1161 \end_inset
1162
1163
1164 \end_layout
1165
1166 \begin_layout Section
1167 Conclusions
1168 \end_layout
1169
1170 \begin_layout Enumerate
1171 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1172  as described by Baker's (
1173 \begin_inset CommandInset citation
1174 LatexCommand cite
1175 key "Abernethy2003"
1176 literal "true"
1177
1178 \end_inset
1179
1180 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1181  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1182  state of the layer.
1183  
1184 \end_layout
1185
1186 \begin_layout Enumerate
1187 If the constitutive relations – equations of state and Rosseland mean opacities
1188  – are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1189  specifying properties of the layer.
1190  
1191 \end_layout
1192
1193 \begin_layout Enumerate
1194 For solar composition gas the 
1195 \begin_inset Formula $\kappa$
1196 \end_inset
1197
1198 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1199  opacities, the 
1200 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1201 \end_inset
1202
1203  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1204  by vibrational instability.
1205  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1206 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1207  
1208 \end_layout
1209
1210 \begin_layout Acknowledgement
1211 Part of this work was supported by the German 
1212 \emph on
1213 Deut\SpecialChar softhyphen
1214 sche For\SpecialChar softhyphen
1215 schungs\SpecialChar softhyphen
1216 ge\SpecialChar softhyphen
1217 mein\SpecialChar softhyphen
1218 schaft, DFG
1219 \emph default
1220  project number Ts
1221 \begin_inset space ~
1222 \end_inset
1223
1224 17/2–1.
1225 \end_layout
1226
1227 \begin_layout Standard
1228 \begin_inset CommandInset bibtex
1229 LatexCommand bibtex
1230 btprint "btPrintAll"
1231 bibfiles "biblioExample"
1232 options "aa"
1233
1234 \end_inset
1235
1236
1237 \begin_inset Note Note
1238 status open
1239
1240 \begin_layout Plain Layout
1241
1242 \series bold
1243 Note:
1244 \series default
1245  If you cannot see the bibliography in the output, assure that you have
1246  gievn the full path to the Bib\SpecialChar TeX
1247  style file 
1248 \family sans
1249 aa.bst
1250 \family default
1251  that is part of the A&A \SpecialChar LaTeX
1252 -package.
1253 \end_layout
1254
1255 \end_inset
1256
1257
1258 \end_layout
1259
1260 \end_body
1261 \end_document