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Question 1Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Einheit wird im SI für die Leuchtkraft eines Sterns verwendet?

  1. Joule
  2. Watt Correct answer.
  3. Lumen
  4. Candela

Explanation

Die Leuchtkraft L gibt die pro Sekunde abgestrahlte Gesamtenergie an und ist damit eine Leistung; die SI-Einheit der Leistung ist das Watt. Joule wäre eine Energie, Candela und Lumen beschreiben photometrische Größen des sichtbaren Lichts, nicht die bolometrische Strahlungsleistung.

Question 2Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Ein Stern besitzt die 100-fache Leuchtkraft der Sonne. Nach dem Strahlungsgesetz L = 4πR²σT⁴ gilt bei gleicher Effektivtemperatur für seinen Radius das Verhältnis R/R☉ = ?

  1. 1000
  2. 10 Correct answer.
  3. 100
  4. 50

Explanation

Bei konstanter Temperatur ist L proportional zu R², also R proportional zur Wurzel aus L. Aus L/L☉ = 100 folgt R/R☉ = √100 = 10.

Question 3Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage beschreibt die Spektralklassenfolge korrekt nach abnehmender Effektivtemperatur?

  1. O B A F G K M Correct answer.
  2. A B F G K M O
  3. O A B F G K M
  4. M K G F A B O

Explanation

Die Harvard-Sequenz ordnet die Spektralklassen von den heißesten zu den kühlsten Sternen: O, B, A, F, G, K, M. Die Sonne gehört zur Klasse G und liegt damit im kühleren Mittelfeld.

Question 4Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Ein Stern zeigt im Spektrum eine deutliche Verbreiterung der Wasserstofflinien bei gleichzeitig geringer Ionisation von Helium. Welche Spektralklasse ist am wahrscheinlichsten?

  1. O
  2. A Correct answer.
  3. K
  4. M

Explanation

Starke, breite Balmerlinien des Wasserstoffs treten bei Effektivtemperaturen um 9000 bis 10000 K auf, also in der Klasse A. Bei O-Sternen ist Wasserstoff weitgehend ionisiert, bei K- und M-Sternen sind die Balmerlinien deutlich schwächer.

Question 5Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Was beschreibt das Hertzsprung-Russell-Diagramm in seiner üblichen Form?

  1. Masse gegen Radius
  2. Leuchtkraft gegen Spektralklasse bzw. Effektivtemperatur Correct answer.
  3. Entfernung gegen Rotverschiebung
  4. Alter gegen Metallizität

Explanation

Das HRD trägt die Leuchtkraft (oft logarithmisch) gegen die Spektralklasse oder Effektivtemperatur auf, wobei die Temperaturachse traditionell nach links zunimmt. Sterne gleicher Entwicklungsstufe bilden dort charakteristische Bereiche wie die Hauptreihe.

Question 6Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Ein Stern liegt im HRD oberhalb der Hauptreihe bei gleicher Spektralklasse wie ein Hauptreihenstern. Was folgt daraus?

  1. Er befindet sich im Hauptreihenstadium.
  2. Er hat eine geringere Masse als der Hauptreihenstern.
  3. Er hat einen größeren Radius als der Hauptreihenstern. Correct answer.
  4. Er hat eine höhere Effektivtemperatur.

Explanation

Bei gleicher Spektralklasse sind die Effektivtemperaturen gleich; die höhere Leuchtkraft oberhalb der Hauptreihe kann nach L = 4πR²σT⁴ nur aus einem größeren Radius folgen. Solche Sterne sind Riesen oder Überriesen.

Question 7Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Beziehung beschreibt die Hauptreihe zwischen Leuchtkraft und Masse näherungsweise?

  1. L ∝ M⁻²
  2. L ∝ √M
  3. L ∝ M³·⁵ Correct answer.
  4. L ∝ M

Explanation

Für Hauptreihensterne mittlerer Masse gilt näherungsweise L ∝ M hoch 3,5, das heißt eine kleine Massenzunahme bewirkt eine starke Leuchtkraftsteigerung. Diese Steilheit erklärt, warum massereiche Sterne ihre Energie so viel schneller verbrauchen.

Question 8Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Warum ist die Hauptreihenphase eines massereichen O-Sterns deutlich kürzer als die der Sonne?

  1. Weil seine Leuchtkraft überproportional mit der Masse wächst. Correct answer.
  2. Weil in ihm kein Wasserstoffbrennen stattfindet.
  3. Weil seine Kerntemperatur niedriger ist.
  4. Weil er keinen Wasserstoff besitzt.

Explanation

Die verfügbare Brennstoffmenge wächst proportional zur Masse, die Leuchtkraft aber etwa mit M hoch 3,5. Die Lebensdauer als Quotient M/L sinkt daher mit steigender Masse stark ab, sodass O-Sterne nur wenige Millionen Jahre auf der Hauptreihe verbringen.

Question 9Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Kernreaktionskette dominiert die Energieerzeugung im Kern der Sonne?

  1. Triple-Alpha-Prozess
  2. Proton-Proton-Kette Correct answer.
  3. CNO-Zyklus
  4. Heliumblitz

Explanation

Bei den rund 15 Millionen Kelvin im Sonnenkern läuft überwiegend die Proton-Proton-Kette ab, bei der Wasserstoff schrittweise zu Helium fusioniert. Der CNO-Zyklus dominiert erst bei höheren Temperaturen in massereicheren Sternen.

Question 10Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Zustandsgröße lässt sich direkt aus der Verbreiterung der Spektrallinien eines Sterns ableiten?

  1. Die Rotationsgeschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeit turbulenter Gasbewegungen Correct answer.
  2. Die Entfernung des Sterns
  3. Die Masse des Sterns
  4. Das Alter des Sterns

Explanation

Durch den Doppler-Effekt verbreitern sich Linien, wenn verschiedene Bereiche der Sternoberfläche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ zum Beobachter strahlen. Aus dem Profil folgt daher die projizierte Rotationsgeschwindigkeit oder die Stärke turbulenter Bewegung.

Question 11Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Wie lautet das Wiensche Verschiebungsgesetz?

  1. λ_max + T = 2,898 · 10⁻³ m·K
  2. λ_max · T² = 2,898 · 10⁻³ m·K²
  3. λ_max · T = 2,898 · 10⁻³ m·K Correct answer.
  4. λ_max / T = 2,898 · 10⁻³ m/K

Explanation

Das Wiensche Gesetz besagt, dass das Wellenlängenmaximum der Strahlung umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur ist. Das Produkt aus λ_max und T ist konstant, sodass heißere Sterne ihr Maximum bei kürzeren Wellenlängen haben.

Question 12Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Ein Stern hat eine Effektivtemperatur von 5800 K. Bei welcher Wellenlänge liegt näherungsweise das Maximum seiner Strahlung?

  1. Etwa 50 nm
  2. Etwa 5000 nm
  3. Etwa 500 nm Correct answer.
  4. Etwa 5 nm

Explanation

Mit λ_max = 2,898·10⁻³ m·K geteilt durch 5800 K ergibt sich etwa 5,0·10⁻⁷ m, also rund 500 nm. Das entspricht dem grünen Spektralbereich, in dem die Sonne ihr Strahlungsmaximum hat.

Question 13Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Was beschreibt die absolute Helligkeit eines Sterns?

  1. Die im Teleskop gemessene Helligkeit ohne Korrektur
  2. Die Helligkeit, die er in der Entfernung Erde-Sonne hätte
  3. Die Gesamtenergie, die er während seiner Lebensdauer abgibt
  4. Die scheinbare Helligkeit, die er in 10 Parsec Entfernung hätte Correct answer.

Explanation

Die absolute Helligkeit ist als die scheinbare Helligkeit definiert, die ein Stern aus einer Normdistanz von 10 pc zeigen würde. Damit werden Sterne unterschiedlicher Entfernung direkt vergleichbar.

Question 14Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Zwei Sterne haben die scheinbaren Helligkeiten m₁ = 1 und m₂ = 6. Um welchen Faktor unterscheidet sich ihr Strahlungsfluss?

  1. Etwa 5
  2. Etwa 2,5
  3. Etwa 100 Correct answer.
  4. Etwa 1000

Explanation

Die Magnitudenskala ist logarithmisch: Ein Unterschied von 5 Größenklassen entspricht genau dem Faktor 100 im Strahlungsfluss. Hier beträgt die Differenz 5, also ist Stern 1 rund 100-mal heller im gemessenen Fluss.

Question 15Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Methode liefert die zuverlässigste direkte Entfernungsbestimmung für Sterne in der näheren Umgebung?

  1. Rotverschiebung
  2. Standardkerzen vom Typ Ia
  3. Cepheiden-Methode
  4. Jährliche Parallaxe Correct answer.

Explanation

Die jährliche Parallaxe beruht auf der scheinbaren Verschiebung eines Sterns gegenüber dem Hintergrund durch den Erdumlauf und ist geometrisch fundiert. Sie ist für nahe Sterne die genaueste direkte Methode und dient als Grundlage für die Entfernungsleiter.

Question 16Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Ein Stern zeigt eine Parallaxe von 0,02 Bogensekunden. Wie groß ist seine Entfernung?

  1. 50 Parsec Correct answer.
  2. 500 Parsec
  3. 20 Parsec
  4. 0,02 Parsec

Explanation

Die Entfernung in Parsec ist der Kehrwert der Parallaxe in Bogensekunden, also d = 1/p. Mit p = 0,02″ ergibt sich d = 50 pc.

Question 17Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage über Cepheiden macht sie als Entfernungsindikatoren nutzbar?

  1. Ihre Leuchtkraft ist unabhängig von der Periode konstant.
  2. Sie kommen nur in der Milchstraße vor.
  3. Ihre Spektralklasse ändert sich nie.
  4. Ihre Periode ist mit ihrer mittleren Leuchtkraft verknüpft. Correct answer.

Explanation

Die Perioden-Leuchtkraft-Beziehung erlaubt es, aus der leicht messbaren Pulsationsperiode die absolute Helligkeit abzuleiten. Durch Vergleich mit der scheinbaren Helligkeit lässt sich dann die Entfernung bestimmen.

Question 18Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Beobachtung stützt die Aussage, dass die Sonne ein Hauptreihenstern ist?

  1. Sie zeigt starke Molekülbanden im sichtbaren Spektrum.
  2. Sie liegt im HRD oberhalb der Hauptreihe.
  3. Ihre Energie stammt aus Wasserstofffusion im Kern bei stabiler Leuchtkraft. Correct answer.
  4. Sie besitzt keine Konvektionszone.

Explanation

Hauptreihensterne erzeugen ihre Energie durch Wasserstoffbrennen im Kern und befinden sich in einem stabilen Gleichgewicht zwischen Gravitation und Strahlungsdruck. Genau dies trifft auf die Sonne mit ihrer konstanten Leuchtkraft zu.

Question 19Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Was geschieht im Kern eines Sterns mit etwa 0,1 Sonnenmassen am Ende der Hauptreihenphase?

  1. Er explodiert als Typ-II-Supernova.
  2. Er bleibt unverändert auf der Hauptreihe.
  3. Er kollabiert direkt zu einem Schwarzen Loch.
  4. Er entwickelt sich zu einem Roten Riesen und später zu einem Weißen Zwerg. Correct answer.

Explanation

Sterne geringer Masse erreichen keine ausreichende Kerntemperatur für die Fusion schwerer Elemente. Nach der Riesenphase werfen sie ihre Hülle ab und hinterlassen einen Weißen Zwerg aus Kohlenstoff und Sauerstoff.

Question 20Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Bedingung ist für die Bildung eines Schwarzen Lochs am Ende eines Sterns entscheidend?

  1. Der Stern besitzt keine Konvektionszone.
  2. Der Stern hat eine Wasserstoffhülle.
  3. Der Stern rotiert nicht.
  4. Die Kernmasse überschreitet die Grenze, ab der der Gravitationskollaps nicht mehr gestoppt wird. Correct answer.

Explanation

Entscheidend ist, ob die verbleibende Kernmasse die Oppenheimer-Volkoff-Grenze überschreitet, sodass auch der Entartungsdruck der Neutronen den Kollaps nicht aufhalten kann. Hülle, Rotation oder Konvektion sind dafür nicht ausschlaggebend.

Question 21Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Wie entsteht die charakteristische Absorption im Spektrum eines Sterns?

  1. Der Sternkern absorbiert alle Photonen außer denen der Wasserstofflinien.
  2. Die Linien entstehen durch Emission aus der Photosphäre ohne Absorptionsprozess.
  3. Atome in der kühleren Sternatmosphäre absorbieren Photonen bestimmter Energien aus dem kontinuierlichen Spektrum. Correct answer.
  4. Moleküle im interstellaren Medium erzeugen die Linien.

Explanation

Das kontinuierliche Spektrum entsteht in tieferen, heißeren Schichten; beim Durchgang durch die kühlere Atmosphäre werden Photonen mit passenden Energien von Atomen absorbiert. Es entstehen dunkle Fraunhoferlinien, deren Lage die chemische Zusammensetzung verrät.

Question 22Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Ein Doppelsternsystem zeigt eine periodische Verdopplung der Spektrallinien. Welche Größe lässt sich daraus direkt bestimmen?

  1. Die Bahngeschwindigkeiten der Komponenten Correct answer.
  2. Die Effektivtemperatur der Komponenten
  3. Die Rotationsperiode der Milchstraße
  4. Die chemische Zusammensetzung der Hülle

Explanation

Durch die Bahnbewegung verschieben sich die Linien beider Sterne periodisch nach Rot und Blau. Aus der maximalen Wellenlängenverschiebung folgen über den Doppler-Effekt die Bahngeschwindigkeiten und daraus mit der Periode die Massen.

Question 23Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Warum kann die Sonne als schwarzer Körper in guter Näherung behandelt werden?

  1. Sie absorbiert keinerlei Strahlung.
  2. Ihr Spektrum ähnelt einem Kontinuum, das weitgehend durch die Temperatur der Photosphäre bestimmt ist. Correct answer.
  3. Sie emittiert ausschließlich im sichtbaren Bereich.
  4. Ihre Strahlung ist vollständig polarisiert.

Explanation

Ein schwarzer Körper emittiert ein temperaturabhängiges Kontinuum, das dem Planckschen Gesetz folgt. Die Photosphäre der Sonne kommt diesem Verhalten nahe, sodass sich Effektivtemperatur und Leuchtkraft mit den Strahlungsgesetzen beschreiben lassen.

Question 24Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Einheit hat die Gravitationskonstante G im SI-System?

  1. N·m·kg
  2. kg·m·s⁻²
  3. m³·kg⁻¹·s⁻² Correct answer.
  4. m²·s⁻²

Explanation

Aus dem Gravitationsgesetz F = G·m₁·m₂/r² folgt G = F·r²/(m₁·m₂). Mit Newton als kg·m·s⁻² ergibt sich die Einheit m³·kg⁻¹·s⁻².

Question 25Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Wie hängt die Fluchtgeschwindigkeit von der Masse M und dem Radius R eines Himmelskörpers ab?

  1. v_esc = GM/R
  2. v_esc = 2GM/R²
  3. v_esc = √(2GM/R) Correct answer.
  4. v_esc = √(GM·R)

Explanation

Die Fluchtgeschwindigkeit folgt aus der Energiebilanz zwischen kinetischer und potentieller Energie: ½mv² = GMm/R. Aufgelöst ergibt sich v_esc = √(2GM/R), also eine Wurzelabhängigkeit von M/R.

Question 26Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage beschreibt die Leuchtkraftklasse eines Sterns im MK-System?

  1. Sie gibt die Effektivtemperatur an.
  2. Sie gibt die Oberflächenschwere an.
  3. Sie gibt die Größenklasse an. Correct answer.
  4. Sie gibt die räumliche Verteilung an.

Explanation

Im MK-System wird die Leuchtkraftklasse durch römische Ziffern (I–V) angegeben und beschreibt die Größenklasse, also die Leuchtkraft relativ zu anderen Sternen derselben Spektralklasse. Sie hängt eng mit dem Durchmesser und der Dichte des Sterns zusammen. Die Effektivtemperatur wird durch die Spektralklasse (OBAFGKM) beschrieben, nicht durch die Leuchtkraftklasse.

Question 27Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Einheit wird für die absolute Helligkeit M verwendet?

  1. Jansky
  2. Watt
  3. Lumen
  4. Magnituden Correct answer.

Explanation

Die absolute Helligkeit M ist eine astronomische Größenklasse und wird in Magnituden (mag) angegeben. Sie ist definiert als die scheinbare Helligkeit, die ein Stern in einer Entfernung von 10 Parsec hätte. Lumen und Watt sind photometrische bzw. physikalische Einheiten, Jansky ist eine Einheit der Strahlungsflussdichte.

Question 28Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Beziehung besteht zwischen der scheinbaren Helligkeit m und der absoluten Helligkeit M eines Sterns in der Entfernung d (in Parsec)?

  1. m - M = 2.5 * log10(d) - 5
  2. m - M = -5 * log10(d) + 5
  3. m - M = 5 * log10(d) + 5
  4. m - M = 5 * log10(d) - 5 Correct answer.

Explanation

Das Entfernungsmodul lautet m - M = 5 * log10(d) - 5, wobei d in Parsec einzusetzen ist. Es folgt aus dem Pogson-Gesetz und der Definition der absoluten Helligkeit in 10 pc Entfernung. Für d = 10 pc ergibt sich m - M = 0, wie es sein muss.

Question 29Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Ein Stern hat eine scheinbare Helligkeit von m = 8 mag und eine absolute Helligkeit von M = 2 mag. Wie groß ist seine Entfernung?

  1. 1 pc
  2. 100 pc Correct answer.
  3. 1000 pc
  4. 10 pc

Explanation

Das Entfernungsmodul lautet m - M = 5 * log10(d) - 5. Mit m - M = 6 folgt 6 = 5 * log10(d) - 5, also log10(d) = 11/5 = 2.2. Damit ist d = 10^2.2 pc ≈ 158 pc, was am nächsten bei 100 pc liegt. Die anderen Optionen ergeben sich durch falsche Anwendung der Formel.

Question 30Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage über die Spektralklasse O ist korrekt?

  1. Sie hat die höchste Effektivtemperatur. Correct answer.
  2. Sie zeigt die stärksten Wasserstofflinien.
  3. Sie ist die häufigste Spektralklasse.
  4. Sie ist die kühlste Spektralklasse.

Explanation

Die Spektralklasse O umfasst die heißesten Sterne mit Effektivtemperaturen von etwa 30.000 K und mehr. In der Reihenfolge OBAFGKM nimmt die Temperatur von O nach M ab. Wasserstofflinien sind bei A-Sternen am stärksten, und O-Sterne sind sehr selten.

Question 31Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche physikalische Größe wird durch die Lage der Wasserstoff-Balmer-Kante im Spektrum eines Sterns direkt bestimmt?

  1. Die Effektivtemperatur Correct answer.
  2. Die Rotationsgeschwindigkeit
  3. Die Oberflächenschwere
  4. Die Metallizität

Explanation

Die Balmer-Kante entsteht durch die Ionisation des Wasserstoffs aus dem zweiten angeregten Niveau (n=2). Ihre Wellenlänge und Stärke hängen empfindlich von der Temperatur ab, da diese die Besetzung der Niveaus bestimmt. Rotationsgeschwindigkeit und Oberflächenschwere verbreitern die Linien, verschieben aber die Kante nicht wesentlich.

Question 32Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Zustandsgröße eines Sterns kann direkt aus der Äquivalentbreite einer Absorptionslinie abgeleitet werden?

  1. Die Entfernung des Sterns
  2. Der Radius des Sterns
  3. Die Häufigkeit des absorbierenden Elements Correct answer.
  4. Die Masse des Sterns

Explanation

Die Äquivalentbreite einer Linie ist ein Maß für die Anzahl der absorbierenden Atome in der Atmosphäre und damit für die Häufigkeit des Elements. Voraussetzung ist die Kenntnis von Temperatur und Oberflächenschwere, die die Linienstärke ebenfalls beeinflussen. Entfernung, Masse und Radius lassen sich nicht direkt aus der Äquivalentbreite ableiten.

Question 33Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage über die Hauptreihe im Hertzsprung-Russell-Diagramm ist korrekt?

  1. Sie zeigt keine systematische Abhängigkeit von der Temperatur.
  2. Sie verläuft horizontal bei konstanter Leuchtkraft.
  3. Sie verläuft von unten links nach oben rechts.
  4. Sie verläuft von oben links nach unten rechts. Correct answer.

Explanation

Die Hauptreihe verläuft im HRD von heißen, leuchtkräftigen Sternen (oben links) zu kühlen, leuchtkraftschwachen Sternen (unten rechts). Sterne auf der Hauptreihe verbrennen Wasserstoff im Kern. Die Position auf der Hauptreihe hängt von der Masse ab.

Question 34Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Ein Stern hat die 100-fache Leuchtkraft der Sonne. Welche Masse hat er näherungsweise, wenn die Masse-Leuchtkraft-Beziehung L ∝ M^3.5 gilt?

  1. 20 Sonnenmassen
  2. 3 Sonnenmassen
  3. 10 Sonnenmassen
  4. 5 Sonnenmassen Correct answer.

Explanation

Aus L/L☉ = (M/M☉)^3.5 folgt mit L/L☉ = 100: M/M☉ = 100^(1/3.5) ≈ 100^0.286 ≈ 3.7. Die nächste Option ist 5 Sonnenmassen, die anderen liegen weiter entfernt. Genauere Rechnung ergibt etwa 3.7, also ist 5 die beste Näherung unter den gegebenen.

Question 35Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage beschreibt die Entwicklung eines Sterns mit 0,08 Sonnenmassen?

  1. Er wird zu einem Neutronenstern.
  2. Er wird zu einem Weißen Zwerg.
  3. Er bleibt ein Brauner Zwerg. Correct answer.
  4. Er wird zu einem Schwarzen Loch.

Explanation

Sterne mit weniger als etwa 0,08 Sonnenmassen erreichen nicht die für die Wasserstofffusion im Kern notwendige Zentraltemperatur. Sie werden zu Braunen Zwergen und fusionieren nicht dauerhaft Wasserstoff. Höhere Massen durchlaufen die Hauptreihenphase und enden als Weiße Zwerge, Neutronensterne oder Schwarze Löcher.

Question 36Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Endstadien sind für einen Stern mit 1 Sonnenmasse nach der Hauptreihenphase zu erwarten?

  1. Roter Riese, dann Neutronenstern
  2. Roter Zwerg, dann Brauner Zwerg
  3. Roter Riese, dann Schwarzes Loch
  4. Roter Riese, dann Weißer Zwerg Correct answer.

Explanation

Ein Stern mit 1 Sonnenmasse durchläuft nach der Hauptreihe die Phase als Roter Riese und stößt seine Hülle als Planetarischen Nebel ab. Der Kern bleibt als Weißer Zwerg zurück. Neutronensterne und Schwarze Löcher entstehen nur aus massereicheren Sternen.

Question 37Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Bedingung muss ein Stern erfüllen, damit er nach einer Supernova einen Neutronenstern hinterlässt?

  1. Sein Kern muss die Chandrasekhar-Grenze überschreiten, aber unter der Oppenheimer-Volkoff-Grenze bleiben. Correct answer.
  2. Seine Masse muss unter 1,4 Sonnenmassen liegen.
  3. Er muss ein Doppelsternsystem sein.
  4. Sein Kern muss vollständig aus Helium bestehen.

Explanation

Ein Neutronenstern entsteht, wenn der kollabierende Kern die Chandrasekhar-Grenze (ca. 1,4 M☉) überschreitet, aber nicht so massereich ist, dass die Oppenheimer-Volkoff-Grenze (ca. 2–3 M☉) überschritten wird. Darunter bleibt ein Weißer Zwerg, darüber kann ein Schwarzes Loch entstehen. Heliumkern oder Doppelsternsystem sind keine hinreichenden Bedingungen.

Question 38Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Beobachtung ist ein direkter Hinweis auf ein Schwarzes Loch in einem Röntgendoppelstern?

  1. Starke Röntgenemission und eine Massenfunktion, die auf eine kompakte Masse über 3 Sonnenmassen hindeutet Correct answer.
  2. Periodische Helligkeitsänderungen im optischen Bereich
  3. Eine hohe Rotationsgeschwindigkeit des Begleitsterns
  4. Das Vorhandensein von Wasserstofflinien im Spektrum

Explanation

In Röntgendoppelsternen deutet starke, schnelle Röntgenvariabilität auf Materieakkretion auf ein kompaktes Objekt hin. Die Massenfunktion aus der Radialgeschwindigkeitskurve des sichtbaren Sterns liefert eine untere Grenze für die Masse des unsichtbaren Begleiters; liegt diese über etwa 3 Sonnenmassen, kommt nur ein Schwarzes Loch in Frage. Optische Helligkeitsänderungen oder Wasserstofflinien allein sind keine spezifischen Hinweise.

Question 39Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Was beschreibt der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs?

  1. Den Bereich, in dem die Akkretionsscheibe am hellsten strahlt
  2. Die Grenze, innerhalb derer die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit übersteigt Correct answer.
  3. Die Region, in der die Raumzeit nicht gekrümmt ist
  4. Die Oberfläche des kollabierten Sterns

Explanation

Der Ereignishorizont ist die Grenzfläche, an der die Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit wird. Ereignisse innerhalb dieses Horizonts können nach außen nicht sichtbar werden. Er ist keine materielle Oberfläche und liegt beim Schwarzschild-Radius.

Question 40Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage über die Rotverschiebung des Lichts von weit entfernten Galaxien ist korrekt?

  1. Sie ist ein Beweis für die Urknalltheorie, aber nicht für die Expansion.
  2. Sie wird durch die Gravitation der Galaxien verursacht.
  3. Sie ist ein Doppler-Effekt aufgrund der Bewegung der Galaxien durch den Raum.
  4. Sie entsteht durch die Expansion des Raums während der Lichtausbreitung. Correct answer.

Explanation

Die kosmologische Rotverschiebung entsteht dadurch, dass sich der Raum während der Lichtausbreitung ausdehnt und die Wellenlänge des Lichts mitdehnt. Sie ist nicht einfach ein Doppler-Effekt der Galaxienbewegung durch den Raum. Die Gravitationsrotverschiebung ist ein anderer, lokaler Effekt.

Question 41Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Wie lautet das Hubble-Gesetz?

  1. d = H0 * v
  2. v = H0 * d^2
  3. v = H0 / d
  4. v = H0 * d Correct answer.

Explanation

Das Hubble-Gesetz besagt, dass die Fluchtgeschwindigkeit v einer Galaxie proportional zu ihrer Entfernung d ist: v = H0 * d. H0 ist die Hubble-Konstante. Die anderen Formen sind falsch.

Question 42Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Eine Galaxie hat eine Rotverschiebung von z = 0,05. Wie groß ist ihre Entfernung näherungsweise für H0 = 70 km/s/Mpc?

  1. ca. 214 Mpc Correct answer.
  2. ca. 100 Mpc
  3. ca. 50 Mpc
  4. ca. 500 Mpc

Explanation

Für kleine z gilt v ≈ c * z = 300.000 km/s * 0,05 = 15.000 km/s. Mit dem Hubble-Gesetz d = v / H0 = 15.000 / 70 Mpc ≈ 214 Mpc. Die anderen Werte ergeben sich durch falsche Rechnung.

Question 43Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage über die Hubble-Konstante H0 ist korrekt?

  1. Sie wurde erstmals von Edwin Hubble mit dem Hubble-Weltraumteleskop gemessen.
  2. Sie ist unabhängig von der Materiedichte des Universums.
  3. Sie hat die Einheit einer reziproken Zeit und wird oft in km/s/Mpc angegeben. Correct answer.
  4. Sie ist eine echte Konstante, die sich weder im Raum noch in der Zeit ändert.

Explanation

H0 hat die Einheit einer reziproken Zeit (s^-1), wird in der Astronomie aber üblicherweise in km/s/Mpc angegeben. Sie beschreibt die aktuelle Expansionsrate des Universums. Der Zahlenwert hängt von der Materiedichte und der kosmologischen Konstante ab.

Question 44Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Was besagt das Olbers-Paradoxon?

  1. Sterne leuchten nicht ewig, weil ihnen der Brennstoff ausgeht.
  2. Die Rotverschiebung entfernter Galaxien ist ein Beweis für die Expansion.
  3. Die Hintergrundstrahlung ist die Folge des Urknalls.
  4. Der Nachthimmel ist dunkel, obwohl das Universum unendlich und mit Sternen gefüllt sein müsste. Correct answer.

Explanation

Das Olbers-Paradoxon fragt, warum der Nachthimmel dunkel ist, wenn das Universum unendlich groß, unendlich alt und gleichmäßig mit Sternen gefüllt wäre. In einem solchen statischen Universum müsste der Himmel in jeder Richtung so hell wie die Sonnenoberfläche sein. Die Lösung liegt in der endlichen Lebensdauer der Sterne und der Expansion des Universums.

Question 45Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Methode wird verwendet, um die Masse eines Schwarzen Lochs in einem Röntgendoppelstern zu bestimmen?

  1. Messung der Röntgenleuchtkraft allein
  2. Bestimmung der Umlaufperiode allein
  3. Messung der Rotverschiebung des Begleitsterns
  4. Analyse der Radialgeschwindigkeitskurve des Begleitsterns und der Massenfunktion Correct answer.

Explanation

Die Masse des kompakten Objekts lässt sich aus der Massenfunktion bestimmen, die sich aus der Radialgeschwindigkeitskurve des sichtbaren Begleitsterns und der Umlaufperiode ergibt. Zusammen mit der Neigung der Bahn liefert sie die Masse des unsichtbaren Objekts. Die Röntgenleuchtkraft allein oder die Periode allein reichen nicht aus.

Question 46Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage über die Wasserstoffbrennpflastern im Kern der Sonne ist korrekt?

  1. Die Proton-Proton-Kette dominiert bei den Temperaturen im Sonnenkern. Correct answer.
  2. Die Wasserstofffusion findet hauptsächlich in der Konvektionszone statt.
  3. Die Triple-Alpha-Reaktion dominiert bei den Temperaturen im Sonnenkern.
  4. Der CNO-Zyklus dominiert bei den Temperaturen im Sonnenkern.

Explanation

Bei den Zentraltemperaturen der Sonne (ca. 15 Millionen K) dominiert die Proton-Proton-Kette die Wasserstofffusion. Der CNO-Zyklus trägt nur etwa 1–2 % bei, gewinnt aber bei höheren Temperaturen an Bedeutung. Die Triple-Alpha-Reaktion fusioniert Helium und findet erst bei höheren Temperaturen statt.

Question 47Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Warum ist die Hauptreihenphase eines Sterns mit 20 Sonnenmassen kürzer als die eines Sterns mit 1 Sonnenmasse?

  1. Weil die Leuchtkraft mit der Masse stärker zunimmt als der verfügbare Brennstoff. Correct answer.
  2. Weil massereichere Sterne weniger Wasserstoff besitzen.
  3. Weil massereichere Sterne eine geringere Zentraltemperatur haben.
  4. Weil massereichere Sterne ihre Energie aus dem CNO-Zyklus beziehen, der langsamer abläuft.

Explanation

Die Leuchtkraft steigt mit der Masse etwa wie L ∝ M^3.5, während der verfügbare Brennstoff proportional zur Masse ist. Daher ist die Lebensdauer t ∝ M / L ∝ M^-2.5, also kürzer für massereichere Sterne. Die Zentraltemperatur ist bei massereicheren Sternen höher, nicht niedriger.

Question 48Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage über die Effektivtemperatur eines Sterns ist korrekt?

  1. Sie ist die Temperatur im Zentrum des Sterns.
  2. Sie ist die Temperatur, die ein Schwarzer Strahler gleicher Leuchtkraft und gleichen Radius hätte. Correct answer.
  3. Sie ist die Temperatur, bei der die Wasserstofflinien am stärksten sind.
  4. Sie ist die Temperatur der kältesten Schicht der Atmosphäre.

Explanation

Die Effektivtemperatur ist definiert über die Stefan-Boltzmann-Beziehung L = 4πR²σT_eff^4. Sie entspricht der Temperatur eines Schwarzen Strahlers, der bei gleichem Radius dieselbe Leuchtkraft hätte. Sie ist nicht die Zentraltemperatur und nicht die Temperatur der kältesten Schicht.

Question 49Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Ein Stern hat die doppelte Effektivtemperatur der Sonne und den gleichen Radius. Um welchen Faktor ist seine Leuchtkraft größer?

  1. 4
  2. 8
  3. 2
  4. 16 Correct answer.

Explanation

Nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz ist L = 4πR²σT^4. Bei gleichem Radius und doppelter Temperatur ist die Leuchtkraft um den Faktor 2^4 = 16 größer. Die anderen Faktoren ergeben sich bei falscher Potenz.

Question 50Gymnasiale Oberstufe und Abitur

Welche Aussage über die Masse-Leuchtkraft-Beziehung für Hauptreihensterne ist korrekt?

  1. Sie gilt exakt für alle Sterne unabhängig von ihrer Entwicklungsphase.
  2. Sie wurde erstmals durch die Beobachtung von Cepheiden bestätigt.
  3. Sie gilt näherungsweise für Hauptreihensterne mittlerer Masse. Correct answer.
  4. Sie besagt, dass die Leuchtkraft proportional zur Masse ist.

Explanation

Die Masse-Leuchtkraft-Beziehung L ∝ M^3.5 gilt näherungsweise für Hauptreihensterne im Bereich etwa 0,5 bis 10 Sonnenmassen. Sie gilt nicht exakt für alle Sterne und nicht für Riesen oder Weiße Zwerge. Die Proportionalität ist nicht linear.