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[lyx.git] / lib / examples / aa_sample.lyx
1 #LyX 2.2 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
2 \lyxformat 504
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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57 \secnumdepth 3
58 \tocdepth 3
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71
72 \begin_body
73
74 \begin_layout Title
75 \begin_inset Note Note
76 status open
77
78 \begin_layout Plain Layout
79
80 \family roman
81 \series medium
82 \size normal
83 This is an example \SpecialCharNoPassThru LyX
84  file for articles to be submitted to the Journal
85  of Astronomy & Astrophysics (A&A).
86  How to install the A&A \SpecialCharNoPassThru LaTeX
87  class to your \SpecialCharNoPassThru LaTeX
88  system is explained in
89  
90 \begin_inset Flex URL
91 status open
92
93 \begin_layout Plain Layout
94
95 http://wiki.lyx.org/Layouts/Astronomy-Astrophysics
96 \end_layout
97
98 \end_inset
99
100 .
101 \begin_inset Newline newline
102 \end_inset
103
104 Depending on the submission state and the abstract layout, you need to use
105  different document class options that are listed in the aa manual.
106 \family default
107
108 \begin_inset Newline newline
109 \end_inset
110
111
112 \family roman
113 \series default
114 Note:
115 \series medium
116  If you use accented characters in your document, you must use the predefined
117  document class option 
118 \series default
119 latin9
120 \series medium
121  in the document settings.
122 \end_layout
123
124 \end_inset
125
126
127 \end_layout
128
129 \begin_layout Title
130 Hydrodynamics of giant planet formation
131 \end_layout
132
133 \begin_layout Subtitle
134 I.
135  Overviewing the 
136 \begin_inset Formula $\kappa$
137 \end_inset
138
139 -mechanism
140 \end_layout
141
142 \begin_layout Author
143 G.
144  Wuchterl
145 \begin_inset Flex institutemark
146 status open
147
148 \begin_layout Plain Layout
149 1
150 \end_layout
151
152 \end_inset
153
154
155 \begin_inset ERT
156 status collapsed
157
158 \begin_layout Plain Layout
159
160
161 \backslash
162 and 
163 \end_layout
164
165 \end_inset
166
167  C.
168  Ptolemy
169 \begin_inset Flex institutemark
170 status collapsed
171
172 \begin_layout Plain Layout
173 2
174 \end_layout
175
176 \end_inset
177
178
179 \begin_inset ERT
180 status collapsed
181
182 \begin_layout Plain Layout
183
184
185 \backslash
186 fnmsep 
187 \end_layout
188
189 \end_inset
190
191
192 \begin_inset Foot
193 status collapsed
194
195 \begin_layout Plain Layout
196 Just to show the usage of the elements in the author field
197 \end_layout
198
199 \end_inset
200
201  
202 \begin_inset Note Note
203 status collapsed
204
205 \begin_layout Plain Layout
206
207 \backslash
208 fnmsep is only needed for more than one consecutive notes/marks
209 \end_layout
210
211 \end_inset
212
213
214 \end_layout
215
216 \begin_layout Offprint
217 G.
218  Wuchterl
219 \end_layout
220
221 \begin_layout Address
222 Institute for Astronomy (IfA), University of Vienna, Türkenschanzstrasse
223  17, A-1180 Vienna
224 \begin_inset Newline newline
225 \end_inset
226
227
228 \begin_inset Flex Email
229 status open
230
231 \begin_layout Plain Layout
232 wuchterl@amok.ast.univie.ac.at
233 \end_layout
234
235 \end_inset
236
237
238 \begin_inset ERT
239 status collapsed
240
241 \begin_layout Plain Layout
242
243
244 \backslash
245 and 
246 \end_layout
247
248 \end_inset
249
250 University of Alexandria, Department of Geography, ...
251 \begin_inset Newline newline
252 \end_inset
253
254
255 \begin_inset Flex Email
256 status collapsed
257
258 \begin_layout Plain Layout
259 c.ptolemy@hipparch.uheaven.space
260 \end_layout
261
262 \end_inset
263
264
265 \begin_inset Foot
266 status collapsed
267
268 \begin_layout Plain Layout
269 The university of heaven temporarily does not accept e-mails
270 \end_layout
271
272 \end_inset
273
274  
275 \end_layout
276
277 \begin_layout Date
278 Received September 15, 1996; accepted March 16, 1997
279 \end_layout
280
281 \begin_layout Abstract (unstructured)
282 To investigate the physical nature of the `nuc\SpecialChar softhyphen
283 leated instability' of proto
284  giant planets, the stability of layers in static, radiative gas spheres
285  is analysed on the basis of Baker's standard one-zone model.
286  It is shown that stability depends only upon the equations of state, the
287  opacities and the local thermodynamic state in the layer.
288  Stability and instability can therefore be expressed in the form of stability
289  equations of state which are universal for a given composition.
290  The stability equations of state are calculated for solar composition and
291  are displayed in the domain 
292 \begin_inset Formula $-14\leq\lg\rho/[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]\leq0$
293 \end_inset
294
295
296 \begin_inset Formula $8.8\leq\lg e/[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]\leq17.7$
297 \end_inset
298
299 .
300  These displays may be used to determine the one-zone stability of layers
301  in stellar or planetary structure models by directly reading off the value
302  of the stability equations for the thermodynamic state of these layers,
303  specified by state quantities as density 
304 \begin_inset Formula $\rho$
305 \end_inset
306
307 , temperature 
308 \begin_inset Formula $T$
309 \end_inset
310
311  or specific internal energy 
312 \begin_inset Formula $e$
313 \end_inset
314
315 .
316  Regions of instability in the 
317 \begin_inset Formula $(\rho,e)$
318 \end_inset
319
320 -plane are described and related to the underlying microphysical processes.
321  Vibrational instability is found to be a common phenomenon at temperatures
322  lower than the second He ionisation zone.
323  The 
324 \begin_inset Formula $\kappa$
325 \end_inset
326
327 -mechanism is widespread under `cool' conditions.
328 \begin_inset Note Note
329 status open
330
331 \begin_layout Plain Layout
332 Citations are not allowed in A&A abstracts.
333 \end_layout
334
335 \end_inset
336
337
338 \begin_inset Note Note
339 status open
340
341 \begin_layout Plain Layout
342 This is the unstructured abstract type, an example for the structured abstract
343  is in the 
344 \family sans
345 aa.lyx
346 \family default
347  template file that comes with \SpecialCharNoPassThru LyX
348 .
349 \end_layout
350
351 \end_inset
352
353
354 \end_layout
355
356 \begin_layout Keywords
357 giant planet formation \twohyphens
358  
359 \begin_inset Formula $\kappa$
360 \end_inset
361
362 -mechanism \twohyphens
363  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
382 \end_inset
383
384 ) determined the critical mass of the core to be about 
385 \begin_inset Formula $12\, M_{\oplus}$
386 \end_inset
387
388  (
389 \begin_inset Formula $M_{\oplus}=5.975\,10^{27}\,\mathrm{g}$
390 \end_inset
391
392  is the Earth mass), which is independent of the outer boundary conditions
393  and therefore independent of the location in the solar nebula.
394  This critical value for the core mass corresponds closely to the cores
395  of today's giant planets.
396 \end_layout
397
398 \begin_layout Standard
399 Although no hydrodynamical study has been available many workers conjectured
400  that a collapse or rapid contraction will ensue after accumulating the
401  critical mass.
402  The main motivation for this article is to investigate the stability of
403  the static envelope at the critical mass.
404  With this aim the local, linear stability of static radiative gas spheres
405  is investigated on the basis of Baker's (
406 \begin_inset CommandInset citation
407 LatexCommand cite
408 key "Abernethy2003"
409
410 \end_inset
411
412 ) standard one-zone model.
413 \end_layout
414
415 \begin_layout Standard
416 Phenomena similar to the ones described above for giant planet formation
417  have been found in hydrodynamical models concerning star formation where
418  protostellar cores explode (Tscharnuter 
419 \begin_inset CommandInset citation
420 LatexCommand cite
421 key "Cotton1999"
422
423 \end_inset
424
425 , Balluch 
426 \begin_inset CommandInset citation
427 LatexCommand cite
428 key "Mena2000"
429
430 \end_inset
431
432 ), whereas earlier studies found quasi-steady collapse flows.
433  The similarities in the (micro)physics, i.
434 \begin_inset space \thinspace{}
435 \end_inset
436
437 g.
438 \begin_inset space \space{}
439 \end_inset
440
441 constitutive relations of protostellar cores and protogiant planets serve
442  as a further motivation for this study.
443 \end_layout
444
445 \begin_layout Section
446 Baker's standard one-zone model
447 \end_layout
448
449 \begin_layout Standard
450 \begin_inset Float figure
451 wide true
452 sideways false
453 status open
454
455 \begin_layout Plain Layout
456 \begin_inset Caption Standard
457
458 \begin_layout Plain Layout
459 \begin_inset CommandInset label
460 LatexCommand label
461 name "fig:FigGam"
462
463 \end_inset
464
465 Adiabatic exponent 
466 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
467 \end_inset
468
469 .
470  
471 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
472 \end_inset
473
474  is plotted as a function of 
475 \begin_inset Formula $\lg$
476 \end_inset
477
478  internal energy 
479 \begin_inset Formula $[\mathrm{erg}\,\mathrm{g}^{-1}]$
480 \end_inset
481
482  and 
483 \begin_inset Formula $\lg$
484 \end_inset
485
486  density 
487 \begin_inset Formula $[\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}]$
488 \end_inset
489
490
491 \end_layout
492
493 \end_inset
494
495
496 \end_layout
497
498 \end_inset
499
500  In this section the one-zone model of Baker (
501 \begin_inset CommandInset citation
502 LatexCommand cite
503 key "Abernethy2003"
504
505 \end_inset
506
507 ), originally used to study the Cepheı̈d pulsation mechanism, will be briefly
508  reviewed.
509  The resulting stability criteria will be rewritten in terms of local state
510  variables, local timescales and constitutive relations.
511 \end_layout
512
513 \begin_layout Standard
514 Baker (
515 \begin_inset CommandInset citation
516 LatexCommand cite
517 key "Abernethy2003"
518
519 \end_inset
520
521 ) investigates the stability of thin layers in self-gravitating, spherical
522  gas clouds with the following properties: 
523 \end_layout
524
525 \begin_layout Itemize
526 hydrostatic equilibrium, 
527 \end_layout
528
529 \begin_layout Itemize
530 thermal equilibrium, 
531 \end_layout
532
533 \begin_layout Itemize
534 energy transport by grey radiation diffusion.
535  
536 \end_layout
537
538 \begin_layout Standard
539 \noindent
540 For the one-zone-model Baker obtains necessary conditions for dynamical,
541  secular and vibrational (or pulsational) stability (Eqs.
542 \begin_inset space \space{}
543 \end_inset
544
545 (34a,
546 \begin_inset space \thinspace{}
547 \end_inset
548
549 b,
550 \begin_inset space \thinspace{}
551 \end_inset
552
553 c) in Baker 
554 \begin_inset CommandInset citation
555 LatexCommand cite
556 key "Abernethy2003"
557
558 \end_inset
559
560 ).
561  Using Baker's notation:
562 \begin_inset Separator parbreak
563 \end_inset
564
565 \end_layout
566
567 \begin_layout Standard
568 \align left
569 \begin_inset Formula 
570 \begin{eqnarray*}
571 M_{r} &  & \textrm{mass internal to the radius }r\\
572 m &  & \textrm{mass of the zone}\\
573 r_{0} &  & \textrm{unperturbed zone radius}\\
574 \rho_{0} &  & \textrm{unperturbed density in the zone}\\
575 T_{0} &  & \textrm{unperturbed temperature in the zone}\\
576 L_{r0} &  & \textrm{unperturbed luminosity}\\
577 E_{\textrm{th}} &  & \textrm{thermal energy of the zone}
578 \end{eqnarray*}
579
580 \end_inset
581
582  
583 \end_layout
584
585 \begin_layout Standard
586 \noindent
587 and with the definitions of the 
588 \emph on
589 local cooling time
590 \emph default
591  (see Fig.
592 \begin_inset space ~
593 \end_inset
594
595
596 \begin_inset CommandInset ref
597 LatexCommand ref
598 reference "fig:FigGam"
599
600 \end_inset
601
602
603 \begin_inset Formula 
604 \begin{equation}
605 \tau_{\mathrm{co}}=\frac{E_{\mathrm{th}}}{L_{r0}}\,,
606 \end{equation}
607
608 \end_inset
609
610  and the 
611 \emph on
612 local free-fall time
613 \emph default
614
615 \begin_inset Formula 
616 \begin{equation}
617 \tau_{\mathrm{ff}}=\sqrt{\frac{3\pi}{32G}\frac{4\pi r_{0}^{3}}{3M_{\mathrm{r}}}}\,,
618 \end{equation}
619
620 \end_inset
621
622  Baker's 
623 \begin_inset Formula $K$
624 \end_inset
625
626  and 
627 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
628 \end_inset
629
630  have the following form: 
631 \begin_inset Formula 
632 \begin{eqnarray}
633 \sigma_{0} & = & \frac{\pi}{\sqrt{8}}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}}\\
634 K & = & \frac{\sqrt{32}}{\pi}\frac{1}{\delta}\frac{\tau_{\mathrm{ff}}}{\tau_{\mathrm{co}}}\,;
635 \end{eqnarray}
636
637 \end_inset
638
639  where 
640 \begin_inset Formula $E_{\mathrm{th}}\approx m(P_{0}/{\rho_{0}})$
641 \end_inset
642
643  has been used and 
644 \begin_inset Formula 
645 \begin{equation}
646 \begin{array}{l}
647 \delta=-\left(\frac{\partial\ln\rho}{\partial\ln T}\right)_{P}\\
648 e=mc^{2}
649 \end{array}
650 \end{equation}
651
652 \end_inset
653
654  is a thermodynamical quantity which is of order 
655 \begin_inset Formula $1$
656 \end_inset
657
658  and equal to 
659 \begin_inset Formula $1$
660 \end_inset
661
662  for nonreacting mixtures of classical perfect gases.
663  The physical meaning of 
664 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
665 \end_inset
666
667  and 
668 \begin_inset Formula $K$
669 \end_inset
670
671  is clearly visible in the equations above.
672  
673 \begin_inset Formula $\sigma_{0}$
674 \end_inset
675
676  represents a frequency of the order one per free-fall time.
677  
678 \begin_inset Formula $K$
679 \end_inset
680
681  is proportional to the ratio of the free-fall time and the cooling time.
682  Substituting into Baker's criteria, using thermodynamic identities and
683  definitions of thermodynamic quantities, 
684 \begin_inset Formula 
685 \[
686 \Gamma_{1}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{S}\,,\;\chi_{\rho}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln\rho}\right)_{T}\,,\;\kappa_{P}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln P}\right)_{T}
687 \]
688
689 \end_inset
690
691
692 \begin_inset Formula 
693 \[
694 \nabla_{\mathrm{ad}}=\left(\frac{\partial\ln T}{\partial\ln P}\right)_{S}\,,\;\chi_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln P}{\partial\ln T}\right)_{\rho}\,,\;\kappa_{T}^{}=\left(\frac{\partial\ln\kappa}{\partial\ln T}\right)_{T}
695 \]
696
697 \end_inset
698
699  one obtains, after some pages of algebra, the conditions for 
700 \emph on
701 stability
702 \emph default
703  given below: 
704 \begin_inset Formula 
705 \begin{eqnarray}
706 \frac{\pi^{2}}{8}\frac{1}{\tau_{\mathrm{ff}}^{2}}(3\Gamma_{1}-4) & > & 0\label{ZSDynSta}\\
707 \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}\\
708 \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}
709 \end{eqnarray}
710
711 \end_inset
712
713  For a physical discussion of the stability criteria see Baker (
714 \begin_inset CommandInset citation
715 LatexCommand cite
716 key "Abernethy2003"
717
718 \end_inset
719
720 ) or Cox (
721 \begin_inset CommandInset citation
722 LatexCommand cite
723 key "Parkin2005"
724
725 \end_inset
726
727 ).
728 \end_layout
729
730 \begin_layout Standard
731 We observe that these criteria for dynamical, secular and vibrational stability,
732  respectively, can be factorized into 
733 \end_layout
734
735 \begin_layout Enumerate
736 a factor containing local timescales only, 
737 \end_layout
738
739 \begin_layout Enumerate
740 a factor containing only constitutive relations and their derivatives.
741  
742 \end_layout
743
744 \begin_layout Standard
745 The first factors, depending on only timescales, are positive by definition.
746  The signs of the left hand sides of the inequalities
747 \begin_inset space ~
748 \end_inset
749
750 (
751 \begin_inset CommandInset ref
752 LatexCommand ref
753 reference "ZSDynSta"
754
755 \end_inset
756
757 ), (
758 \begin_inset CommandInset ref
759 LatexCommand ref
760 reference "ZSSecSta"
761
762 \end_inset
763
764 ) and (
765 \begin_inset CommandInset ref
766 LatexCommand ref
767 reference "ZSVibSta"
768
769 \end_inset
770
771 ) therefore depend exclusively on the second factors containing the constitutive
772  relations.
773  Since they depend only on state variables, the stability criteria themselves
774  are 
775 \emph on
776  functions of the thermodynamic state in the local zone
777 \emph default
778 .
779  The one-zone stability can therefore be determined from a simple equation
780  of state, given for example, as a function of density and temperature.
781  Once the microphysics, i.
782 \begin_inset space \thinspace{}
783 \end_inset
784
785 g.
786 \begin_inset space \space{}
787 \end_inset
788
789 the thermodynamics and opacities (see Table
790 \begin_inset space ~
791 \end_inset
792
793
794 \begin_inset CommandInset ref
795 LatexCommand ref
796 reference "tab:KapSou"
797
798 \end_inset
799
800 ), are specified (in practice by specifying a chemical composition) the
801  one-zone stability can be inferred if the thermodynamic state is specified.
802  The zone \twohyphens
803  or in other words the layer \twohyphens
804  will be stable or unstable in
805  whatever object it is imbedded as long as it satisfies the one-zone-model
806  assumptions.
807  Only the specific growth rates (depending upon the time scales) will be
808  different for layers in different objects.
809 \end_layout
810
811 \begin_layout Standard
812 \begin_inset Float table
813 wide false
814 sideways false
815 status open
816
817 \begin_layout Plain Layout
818 \begin_inset Caption Standard
819
820 \begin_layout Plain Layout
821 \begin_inset CommandInset label
822 LatexCommand label
823 name "tab:KapSou"
824
825 \end_inset
826
827 Opacity sources
828 \end_layout
829
830 \end_inset
831
832
833 \end_layout
834
835 \begin_layout Plain Layout
836 \align center
837 \begin_inset Tabular
838 <lyxtabular version="3" rows="4" columns="2">
839 <features rotate="0" tabularvalignment="middle">
840 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
841 <column alignment="left" valignment="top" width="0pt">
842 <row>
843 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
844 \begin_inset Text
845
846 \begin_layout Plain Layout
847 Source
848 \end_layout
849
850 \end_inset
851 </cell>
852 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
853 \begin_inset Text
854
855 \begin_layout Plain Layout
856 \begin_inset Formula $T/[\textrm{K}]$
857 \end_inset
858
859
860 \end_layout
861
862 \end_inset
863 </cell>
864 </row>
865 <row>
866 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
867 \begin_inset Text
868
869 \begin_layout Plain Layout
870 Yorke 1979, Yorke 1980a
871 \end_layout
872
873 \end_inset
874 </cell>
875 <cell alignment="center" valignment="top" topline="true" usebox="none">
876 \begin_inset Text
877
878 \begin_layout Plain Layout
879 \begin_inset Formula $\leq1700^{\textrm{a}}$
880 \end_inset
881
882
883 \end_layout
884
885 \end_inset
886 </cell>
887 </row>
888 <row>
889 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
890 \begin_inset Text
891
892 \begin_layout Plain Layout
893 Krügel 1971
894 \end_layout
895
896 \end_inset
897 </cell>
898 <cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
899 \begin_inset Text
900
901 \begin_layout Plain Layout
902 \begin_inset Formula $1700\leq T\leq5000$
903 \end_inset
904
905  
906 \end_layout
907
908 \end_inset
909 </cell>
910 </row>
911 <row>
912 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
913 \begin_inset Text
914
915 \begin_layout Plain Layout
916 Cox & Stewart 1969
917 \end_layout
918
919 \end_inset
920 </cell>
921 <cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
922 \begin_inset Text
923
924 \begin_layout Plain Layout
925 \begin_inset Formula $5000\leq$
926 \end_inset
927
928
929 \end_layout
930
931 \end_inset
932 </cell>
933 </row>
934 </lyxtabular>
935
936 \end_inset
937
938
939 \end_layout
940
941 \begin_layout Plain Layout
942 \begin_inset Formula $^{\textrm{a}}$
943 \end_inset
944
945 This is footnote a
946 \end_layout
947
948 \end_inset
949
950  We will now write down the sign (and therefore stability) determining parts
951  of the left-hand sides of the inequalities (
952 \begin_inset CommandInset ref
953 LatexCommand ref
954 reference "ZSDynSta"
955
956 \end_inset
957
958 ), (
959 \begin_inset CommandInset ref
960 LatexCommand ref
961 reference "ZSSecSta"
962
963 \end_inset
964
965 ) and (
966 \begin_inset CommandInset ref
967 LatexCommand ref
968 reference "ZSVibSta"
969
970 \end_inset
971
972 ) and thereby obtain 
973 \emph on
974 stability equations of state
975 \emph default
976 .
977 \end_layout
978
979 \begin_layout Standard
980 The sign determining part of inequality
981 \begin_inset space ~
982 \end_inset
983
984 (
985 \begin_inset CommandInset ref
986 LatexCommand ref
987 reference "ZSDynSta"
988
989 \end_inset
990
991 ) is 
992 \begin_inset Formula $3\Gamma_{1}-4$
993 \end_inset
994
995  and it reduces to the criterion for dynamical stability 
996 \begin_inset Formula 
997 \begin{equation}
998 \Gamma_{1}>\frac{4}{3}\,\cdot
999 \end{equation}
1000
1001 \end_inset
1002
1003  Stability of the thermodynamical equilibrium demands 
1004 \begin_inset Formula 
1005 \begin{equation}
1006 \chi_{\rho}^{}>0,\;\; c_{v}>0\,,
1007 \end{equation}
1008
1009 \end_inset
1010
1011  and 
1012 \begin_inset Formula 
1013 \begin{equation}
1014 \chi_{T}^{}>0
1015 \end{equation}
1016
1017 \end_inset
1018
1019  holds for a wide range of physical situations.
1020  With 
1021 \begin_inset Formula 
1022 \begin{eqnarray}
1023 \Gamma_{3}-1=\frac{P}{\rho T}\frac{\chi_{T}^{}}{c_{v}} & > & 0\\
1024 \Gamma_{1}=\chi_{\rho}^{}+\chi_{T}^{}(\Gamma_{3}-1) & > & 0\\
1025 \nabla_{\mathrm{ad}}=\frac{\Gamma_{3}-1}{\Gamma_{1}} & > & 0
1026 \end{eqnarray}
1027
1028 \end_inset
1029
1030  we find the sign determining terms in inequalities
1031 \begin_inset space ~
1032 \end_inset
1033
1034 (
1035 \begin_inset CommandInset ref
1036 LatexCommand ref
1037 reference "ZSSecSta"
1038
1039 \end_inset
1040
1041 ) and (
1042 \begin_inset CommandInset ref
1043 LatexCommand ref
1044 reference "ZSVibSta"
1045
1046 \end_inset
1047
1048 ) respectively and obtain the following form of the criteria for dynamical,
1049  secular and vibrational 
1050 \emph on
1051 stability
1052 \emph default
1053 , respectively: 
1054 \begin_inset Formula 
1055 \begin{eqnarray}
1056 3\Gamma_{1}-4=:S_{\mathrm{dyn}}> & 0\label{DynSta}\\
1057 \frac{1-3/4\chi_{\rho}^{}}{\chi_{T}^{}}(\kappa_{T}^{}-4)+\kappa_{P}^{}+1=:S_{\mathrm{sec}}> & 0\label{SecSta}\\
1058 4\nabla_{\mathrm{ad}}-(\nabla_{\mathrm{ad}}\kappa_{T}^{}+\kappa_{P}^{})-\frac{4}{3\Gamma_{1}}=:S_{\mathrm{vib}}> & 0\,.\label{VibSta}
1059 \end{eqnarray}
1060
1061 \end_inset
1062
1063  The constitutive relations are to be evaluated for the unperturbed thermodynami
1064 c state (say 
1065 \begin_inset Formula $(\rho_{0},T_{0})$
1066 \end_inset
1067
1068 ) of the zone.
1069  We see that the one-zone stability of the layer depends only on the constitutiv
1070 e relations 
1071 \begin_inset Formula $\Gamma_{1}$
1072 \end_inset
1073
1074
1075 \begin_inset Formula $\nabla_{\mathrm{ad}}$
1076 \end_inset
1077
1078
1079 \begin_inset Formula $\chi_{T}^{},\,\chi_{\rho}^{}$
1080 \end_inset
1081
1082
1083 \begin_inset Formula $\kappa_{P}^{},\,\kappa_{T}^{}$
1084 \end_inset
1085
1086 .
1087  These depend only on the unperturbed thermodynamical state of the layer.
1088  Therefore the above relations define the one-zone-stability equations of
1089  state 
1090 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{dyn}},\, S_{\mathrm{sec}}$
1091 \end_inset
1092
1093  and 
1094 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1095 \end_inset
1096
1097 .
1098  See Fig.
1099 \begin_inset space ~
1100 \end_inset
1101
1102
1103 \begin_inset CommandInset ref
1104 LatexCommand ref
1105 reference "fig:VibStabEquation"
1106
1107 \end_inset
1108
1109  for a picture of 
1110 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}$
1111 \end_inset
1112
1113 .
1114  Regions of secular instability are listed in Table
1115 \begin_inset space ~
1116 \end_inset
1117
1118 1.
1119 \end_layout
1120
1121 \begin_layout Standard
1122 \begin_inset Float figure
1123 wide false
1124 sideways false
1125 status open
1126
1127 \begin_layout Plain Layout
1128 \begin_inset Caption Standard
1129
1130 \begin_layout Plain Layout
1131 \begin_inset CommandInset label
1132 LatexCommand label
1133 name "fig:VibStabEquation"
1134
1135 \end_inset
1136
1137 Vibrational stability equation of state 
1138 \begin_inset Formula $S_{\mathrm{vib}}(\lg e,\lg\rho)$
1139 \end_inset
1140
1141 .
1142  
1143 \begin_inset Formula $>0$
1144 \end_inset
1145
1146  means vibrational stability 
1147 \end_layout
1148
1149 \end_inset
1150
1151
1152 \end_layout
1153
1154 \end_inset
1155
1156
1157 \end_layout
1158
1159 \begin_layout Section
1160 Conclusions
1161 \end_layout
1162
1163 \begin_layout Enumerate
1164 The conditions for the stability of static, radiative layers in gas spheres,
1165  as described by Baker's (
1166 \begin_inset CommandInset citation
1167 LatexCommand cite
1168 key "Abernethy2003"
1169
1170 \end_inset
1171
1172 ) standard one-zone model, can be expressed as stability equations of state.
1173  These stability equations of state depend only on the local thermodynamic
1174  state of the layer.
1175  
1176 \end_layout
1177
1178 \begin_layout Enumerate
1179 If the constitutive relations \twohyphens
1180  equations of state and Rosseland mean opacities
1181  \twohyphens
1182  are specified, the stability equations of state can be evaluated without
1183  specifying properties of the layer.
1184  
1185 \end_layout
1186
1187 \begin_layout Enumerate
1188 For solar composition gas the 
1189 \begin_inset Formula $\kappa$
1190 \end_inset
1191
1192 -mechanism is working in the regions of the ice and dust features in the
1193  opacities, the 
1194 \begin_inset Formula $\mathrm{H}_{2}$
1195 \end_inset
1196
1197  dissociation and the combined H, first He ionization zone, as indicated
1198  by vibrational instability.
1199  These regions of instability are much larger in extent and degree of instabilit
1200 y than the second He ionization zone that drives the Cepheı̈d pulsations.
1201  
1202 \end_layout
1203
1204 \begin_layout Acknowledgement
1205 Part of this work was supported by the German 
1206 \emph on
1207 Deut\SpecialChar softhyphen
1208 sche For\SpecialChar softhyphen
1209 schungs\SpecialChar softhyphen
1210 ge\SpecialChar softhyphen
1211 mein\SpecialChar softhyphen
1212 schaft, DFG
1213 \emph default
1214  project number Ts
1215 \begin_inset space ~
1216 \end_inset
1217
1218 17/2\twohyphens
1219 1.
1220 \end_layout
1221
1222 \begin_layout Standard
1223 \begin_inset CommandInset bibtex
1224 LatexCommand bibtex
1225 btprint "btPrintAll"
1226 bibfiles "biblioExample"
1227 options "aa"
1228
1229 \end_inset
1230
1231
1232 \begin_inset Note Note
1233 status open
1234
1235 \begin_layout Plain Layout
1236
1237 \series bold
1238 Note:
1239 \series default
1240  If you cannot see the bibliography in the output, assure that you have
1241  gievn the full path to the Bib\SpecialCharNoPassThru TeX
1242  style file 
1243 \family sans
1244 aa.bst
1245 \family default
1246  that is part of the A&A \SpecialCharNoPassThru LaTeX
1247 -package.
1248 \end_layout
1249
1250 \end_inset
1251
1252
1253 \end_layout
1254
1255 \end_body
1256 \end_document