الفيزياء الفلكية فرع من الفلك يستخدم قوانين الفيزياء لفهم النجوم والمجرات والكواكب والثقوب السوداء والكون ككل. تدرس تركيب الأجرام وحرارتها وضوءها وحركتها ومجالاتها المغناطيسية وتطورها، وتعتمد على الرصد والتحليل الطيفي والنماذج الرياضية والحوسبة. تربط الفيزياء الفلكية بين ميكانيك نيوتن والنسبية وميكانيك الكم والديناميكا الحرارية وفيزياء البلازما. من خلالها يفهم العلماء ولادة النجوم وموتها، وتشكل العناصر، واتساع الكون، والإشعاع الكوني، والمادة المظلمة والطاقة المظلمة. تعد من أوسع مجالات العلم اتصالاً بين المرصود والرياضي والنظري.

الفيزياء الفلكية علم يطبق مبادئ الفيزياء على الأجرام السماوية والنظام الشمسي والنجوم والمجرات والكون كله، بهدف فهم طبيعتها المادية وأصلها وتطورها. يعتمد هذا العلم على التلسكوبات البصرية والراديوية ومراصد محمولة بالمناطيد والصواريخ والمركبات الفضائية لدراسة أنواع مختلفة من الموجات الكهرومغناطيسية، ومنها الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والراديوية وفوق البنفسجية والسينية وجاما. يتيح التحليل الطيفي معرفة كثافة النجوم وحرارتها وعناصرها الكيميائية، كما يساعد قياس التحول الأحمر في تقدير حركة النجوم والمجرات، وقد دعم هذا المبدأ فكرة تمدد الكون ونظرية الانفجار العظيم. ويدرس علماء الفيزياء الفلكية أيضاً الأشعة الكونية والجسيمات عالية الطاقة لفهم العمليات النووية في الشمس والنجوم النابضة والمستعرات فائقة التوهج.

الفيزياء التجريبية فرع من الفيزياء يقوم على دراسة الظواهر الطبيعية عبر التجربة والرصد والقياس، ويمثل الجانب العملي الذي يختبر صحة النظريات ويكشف ظواهر جديدة. يهتم الفيزيائيون التجريبيون بتصميم الأجهزة وابتكار طرق قياس ونماذج اختبار تساعد على فهم المادة والطاقة والحركة والضوء والجسيمات والحرارة وغيرها من مجالات الطبيعة. تختلف الفيزياء التجريبية عن الفيزياء النظرية في اعتمادها المباشر على المختبر والملاحظة، لكنها ترتبط بها ارتباطاً وثيقاً، إذ تمنح النظرية مادة للتحليل وتضعها أمام اختبار الواقع. لذلك تعد الفيزياء التجريبية أساساً لتطور العلوم الحديثة والتقنيات المرتبطة بها.

الفيزياء الرياضية فرع من الفيزياء يهتم بصياغة الظواهر الطبيعية بلغة رياضية دقيقة وبناء نماذج ونظريات قابلة للاختبار. لا تكتفي الفيزياء الرياضية بالحساب، بل تبحث عن البنية العميقة للقوانين التي تحكم الحركة والمجالات والجسيمات والفضاء. تتداخل مع التحليل والهندسة والمعادلات التفاضلية والاحتمال ونظرية الكم والنسبية. تمثل الفيزياء الرياضية نقطة التقاء بين التجريد الرياضي وفهم العالم الطبيعي.

ذروة الحديد مصطلح في الفيزياء الفلكية والكيمياء الكونية يشير إلى مجموعة العناصر القريبة من الحديد في منحنى وفرة العناصر في الكون، مثل الكروم والمنجنيز والكوبالت والنيكل. ترجع أهميتها إلى أن الاندماج النووي للعناصر الأخف من الحديد يطلق طاقة، بينما يصبح اندماج الحديد وما بعده ماصاً للطاقة، ولذلك يمثل الحديد حدّاً طبيعياً في عمليات توليد الطاقة داخل النجوم. تنتج العناصر القريبة من هذه الذروة بكميات كبيرة في النجوم والمستعرات العظمى، بينما تتكون العناصر الأثقل بعمليات التقاط النيوترونات الأقل شيوعاً. تكشف ذروة الحديد علاقة وثيقة بين بنية النوى الذرية وتاريخ النجوم وتركيب المادة في الكون.

استلهمت عالمة الأنثروبولوجيا نينا يابلونسكي اهتمامها بدراسة العلوم من برنامج بثته «ناشونال جيوغرافيك» تناول عالم الحفريات لويس ليكي، وكان لذلك الأثر المبكر دور في توجيه مسارها العلمي نحو الأنثروبولوجيا والبحث في أصل الإنسان وتطوره.

واصلت عالمة الفيزياء الفلكية سوزانا راندال أبحاثها في المرصد الأوروبي الجنوبي، بالتوازي مع تدريبها ضمن برنامج الرحلة الفضائية «دي أستروناوتين»، وهو برنامج ألماني يهدف إلى إعداد أول امرأة ألمانية للمشاركة في مهمة فضائية. وقد جمعت راندال بين العمل العلمي والتأهيل البدني والمهني المطلوب للالتحاق بالبرنامج، في مسار يعكس تداخل البحث الفلكي مع التدريب على الفضاء.

تُعدّ عالمة الفيزياء الفلكية الكندية “فيكتوريا كاسبي” من أوائل من رصدوا ظاهرة إعادة التدوير الكونية للنجوم النابضة، وهي عملية تتحول فيها بعض هذه الأجرام إلى حالات أسرع دوراناً بفعل اكتساب المادة والطاقة من محيطها. وقد أسهمت ملاحظاتها في توسيع فهم تطور النجوم النابضة وآليات تغيرها عبر الزمن داخل البيئة الفلكية التي تعيش فيها.

في عام ٢٠٠٨، تمكّن فريق تقوده عالمة الفيزياء الفلكية الفرنسية آن-ماري لاغرانج من تصوير الكوكب الخارجي «بيتا بيكتوريس ب» مباشرةً، وهو إنجاز أكد التوقعات السابقة بوجود كوكب ضخم يدور حول النجم «بيتا بيكتوريس». وقد مثّل هذا الرصد خطوة مهمة في دراسة الكواكب خارج النظام الشمسي، لأنه أتاح التحقق بصرياً من وجود جرم كان يُستدل عليه من قبل عبر القياسات والنماذج الفلكية، لا عبر الرصد المباشر.

اكتشفت عالمة الفيزياء الفلكية «جون فاينمان»، شقيقة الفيزيائي الشهير «ريتشارد فاينمان»، أن الشفق القطبي ينشأ نتيجة تفاعل المجال المغناطيسي للرياح الشمسية مع المغناطيسية الأرضية. وقد أسهم هذا التفسير في توضيح الآلية الفيزيائية التي تربط النشاط الشمسي بظهور الأضواء الملوّنة في السماء قرب المناطق القطبية، بعدما كانت الظاهرة تُرى بوصفها مشهداً لافتاً أكثر من كونها نتيجة مباشرة لتفاعل كوني محدد.