天體物理學將物理定律應用於天文。它探討恆星如何發光、星系如何形成、黑洞如何彎曲光線，以及宇宙誕生之初的樣貌。這門學科並非僅僅描述宇宙中存在什麼，而是解釋背後的原因。
這套工具包包羅萬象。核物理解釋了恆星如何將氫聚變成氦。熱力學支配著恆星內部的結構。電磁學描述了磁場如何加速太陽耀斑和脈衝星風中的粒子。廣義相對論預言了黑洞附近以及整個膨脹宇宙中引力的行為。量子力學解釋了宇宙大爆炸後最初時刻的輻射。
天文物理學家利用地面和太空望遠鏡的數據進行研究。他們建構模型、運行模擬，並將預測結果與觀測結果進行比較。當兩者不一致時，不是模型出錯，就是觀測結果出錯。無論哪種結果，都有助於推動該領域的發展。
這項工作令人敬畏。宇宙比一個世紀前任何人想像的都要龐大、古老、奇異。天文物理學正是我們試圖理解它的方式。
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