천체 물리학은 천체와 현상 연구에 물리학과 화학의 방법과 원리를 이용한 과학이다. 학문의 창시자 중 한 명이 말했듯이 천체물리학은 천체의 위치나 움직임이 아니라 천체의 본질을 확인하려고 한다. 그것들이 어디에 있느냐가 아니라 무엇인가를 연구 대상에는 태양, 다른 별, 은하, 태양계 외 행성, 성간 매질, 우주 마이크로파 배경 등이 있습니다. 이들 물체로부터의 방출은 전자 스펙트럼의 모든 부분에 걸쳐 검사되며, 검사된 특성은 광도, 밀도, 온도, 화학 조성을 포함한다. 천체물리학은 매우 넓은 주제이기 때문에 천체물리학자는 고전역학, 전자기학, 통계역학, 열역학, 양자역학, 상대성이론, 원자력과 입자물리학, 원자력과 분자물리학을 포함한 많은 물리학의 개념과 방법을 적용한다.
실제로 현대의 천문학 연구는 이론물리학과 관측 물리학 분야에서 많은 작업을 수반한다. 천체물리학자의 연구 분야에는 암흑물질, 암흑에너지, 블랙홀, 기타 천체의 성질을 결정하는 시도, 우주의 기원과 궁극의 운명 등이 있다. 이론 천체물리학자에 의해서도 연구된 토픽에는 태양계의 형성과 진화, 항성 역학과 진화, 은하의 형성과 진화, 자기 유체역학, 우주에서 물질의 대규모 구조, 우주선의 기원, 일반 상대성이론, 특수 상대성이론, 양자와 물리 우주론 등이 있다.
천문학은 지구 물리학 연구와는 오랫동안 떨어져 있던 고대 과학입니다. 아리스토텔레스의 세계관에서 하늘의 물체는 변화가 없는 구체처럼 보였고, 그 운동은 원 안에서 균일한 운동뿐이었고, 지상세계는 성장과 붕괴를 경험하고 자연의 운동이 직선상에 있어 움직이는 물체가 목적지에 도달했을 때 끝나는 영역이었다. 그 결과 천상의 영역은 플라톤이 보유한 불이나 아리스토텔레스가 보유한 에테르와 같은 지상의 구체와는 근본적으로 다른 종류의 물질로 이루어져 있다고 생각되었다. 17세기 동안 갈릴레오, 데카르트, 뉴턴과 같은 자연 철학자들은 하늘과 땅이 비슷한 종류의 물질로 만들어지며 같은 자연법칙을 따른다고 주장하기 시작하였다. 그들의 도전은 이러한 주장을 증명할 도구가 아직 발명되지 않았다는 것이었습니다.
19세기 대부분의 기간 동안 천문학적인 연구는 위치를 측정하고 천체의 움직임을 계산하는 일상적인 작업에 집중되었습니다. 곧 천체물리학으로 불리는 새로운 천문학이 등장하기 시작한 것은 윌리엄 하이드 워러 스턴과 조지프 폰 프라운호퍼가 독자적으로 태양으로부터의 빛을 분해할 때 스펙트럼에 다수의 암선이 관측되고 있음을 발견했을 때였다. 1860년까지 물리학자 구스타프 키르히호프와 화학자 로버트 분젠은 태양 스펙트럼의 암선이 기존 기체 스펙트럼의 밝은 선에 대응한다는 것을 증명한 고유한 화학 원소에 대응하는 특정 선입니다. 키르히호프는 태양 스펙트럼의 암선이 태양 대기 중의 화학 원소의 흡수로 인해 발생한다고 추정했습니다. 이렇게 해와 별에서 발견된 화학 원소가 지구에서도 발견됐음이 증명됐다.
태양과 항성의 스펙트럼 연구를 확대한 사람 중에는 1868년 방사선과 태양 스펙트럼의 흑선을 검출한 노먼 로키가 있었다. 화학자인 에드워드 프랭크 랜드와 협력해 여러 온도와 압력 원소의 스펙트럼을 조사한 결과 태양 스펙트럼의 노란색 선을 기존 원소와 연관시키지 못했다. 그는 이 선이 헬륨이라고 불리는 새로운 원소를 나타낸다고 주장하면서 그리스의 헬리오스를 따서 태양이 의인화했습니다.
1885년 에드워드 C. 피커링 씨는 하버드 대학 천문대에서 항성 스펙트럼 분류의 야심 찬 프로그램을 시작했습니다. 이 프로그램에서는 윌리엄나 플레밍, 안토니 아모리, 애니 점프 캐논 등 여성 컴퓨터팀이 사진판에 기록된 스펙트럼을 분류했습니다. 1890년까지 1만 개 이상의 항성 카탈로그가 만들어졌고, 이를 13개의 스펙트럼형으로 그룹화했습니다. 피카링의 비전에 따라 1924년까지 캐논은 카탈로그를 9권과 25만 개 이상의 별로 확대하고 1922년에 전 세계에서 사용할 수 있게 된 하버드 분류 스킴을 개발했습니다.
1895년 조지 엘러리 헤일과 제임스 E. 킬러는 구미에서 온 10명의 편집자 그룹과 함께 천체물리학 저널을 설립했다. 분광학과 천문물리학의 국제적인 리뷰 이 저널은 천문학과 물리학 저널 간의 공백을 메우는 것을 목적으로 하고 있으며, 분광기의 천문학적 응용에 관한 기사 출판의 장을 제공한다; 금속 및 기체 스펙트럼의 파장 결정과 방사선 실험을 포함한 천문 물리학과 밀접하게 관련된 연구실 연구에 관한 것이다.
1920년경 아직도 별과 그 진화를 분류하는 기초로 사용되고 있는 헤르츠 스프링 러셀 그림이 발견된 후 아서 에딩턴은 논문 '별의 내부 구성'에서 별에서 핵융합 프로세스의 발견과 메커니즘을 예측했다. 당시 항성 에너지의 원천은 완전한 미스터리였다; 에딩턴은 그 원천이 수소의 헬륨으로의 융합일 것이라고 정확하게 추측하고 아인슈타인의 방정식 E=mc2에 따라 막대한 에너지를 해방시켰다. 이는 당시 핵융합과 열핵 에너지 이후 특히 주목할 만한 발전으로 항성 대부분이 수소로 구성돼 있다는 사실조차 아직 발견되지 않았다.
1925년 세실리아 헬레나 페인은 래드클리프대에서 영향력 있는 박사 논문을 쓰고 이온화 이론을 항성 대기에 응용해 스펙트럼 클래스를 항성 온도에 연관시켰다. 가장 중요한 것은 그녀는 수소와 헬륨이 별의 주요 성분이라는 것을 발견한 것입니다. 에딩턴의 제안에도 불구하고 이 발견은 너무나 예상 밖이었기 때문에 그녀의 논문의 독자는 그녀에게 출판 전에 결론을 수정하라고 설득했습니다. 하지만 나중에 연구에서 그녀의 발견이 확인되었습니다. 20세기 말까지 천문 스펙트럼 연구는 전파에서 빛, X선, 감마선을 지나는 파장으로까지 확대되었습니다. 21세기에는 중력파에 의한 관측까지 더욱 확대되었다.
천체물리학의 뿌리는 17세기 통일 물리학의 출현에서 찾아볼 수 있다. 통일 물리학에서는 천체와 지상 영역에도 같은 법칙이 적용됐다. 물리학과 천문학에 모두 자격을 갖춘 과학자들이 현재 천체물리학의 기초를 닦았다. 현대에 학생들은 왕립 천문학회와 저명한 교수인 로렌스 클라우스, 수브라만얀 찬드라세칼, 스티븐 호킹, 휴버트 리브스, 칼 세이건, 닐 드 그라세 타이슨, 패트릭 무어 등 저명한 교육자들에 의해 그 보급을 통해 천체물리학에 계속 끌려가고 있습니다. 초기, 후기, 그리고 현재 과학자들의 노력은 천체물리학의 역사와 과학을 연구하기 위해 젊은이들을 계속 끌어들이고 있습니다.