우주 물리론은 (Physical Cosmology)은 우주가 처음에 어떻게 생겨났고, 어떻게 진화했는가를 연구하는 학문이다. 우주론의 연구대상은 우주 마이크로파 배경, 대폭발 핵합성, 우주의 거대 구조, 암흑물질, 암흑에너지 등이 있다. 우주론의 밑바탕이 되는 이론은 우주가 약 137억 년 전에 시공간의 한 점에서 시작되어 현재까지 팽창되어 왔다는 대폭발 이론이다. 1965년에 우주 마이크로파 배경이 발견됨으로써 대폭발 이론은 널리 받아들여지게 된다.
우주는 팽창하는 동안 여러 단계를 거치게 된다. 대폭발 직후, 초기에는 우주가 급팽창이라 불리는 기하급수적인 빠른 팽창을 겪었으며, 이 급팽창 때문에 우주가 현재 관측되는 것처럼 균질(Homogeneous)하고 등방적(Isotropic)이게 되었다.
급팽창 이후에는 중수소, 헬륨과 같은 기본적인 원소들이 만들어졌는데 우주를 구성하는 대부분의 물질(바리온)이 만들어진 이 과정을 대폭발 핵합성 또는 원시 핵합성이라 부른다.
우주에 존재하는 작은 밀도의 요동으로부터 천체들이 만들어지기 시작했다. 물질들이 밀도가 높은 지역으로 뭉치면서, 거대한 가스 덩어리를 만들고, 여기서 별들(Population III Stars)이 만들어진다. 이 별들은 내부의 핵융합을 통해 무거운 원소들을 만들게 되고, 이때 발생하는 빛들이 주위의 가스를 이온화시켜 재전리라는 과정을 시작하게 된다.
별들이 중력에 의해 모이면 은하들이 만들어지고, 이 은하들이 다시 중력에 의해 분포하면 은하군이나 은하단 같은 더 큰 구조들을 만들고, 우주의 거대 구조를 형성하게 된다.
암흑 물질과 암흑 에너지는 우주론의 근본적인 구성성분이고, 두 성분을 합치면 우주 전체의 96%를 차지한다. 그러나 암흑물질과 암흑에너지가 무엇인지는 아직 밝혀지지 않았고, 현대 우주론과 천문학의 주요 미해결 과제이다.
학제간 연구
천문학과 천체물리학은 다른 과학분야와 관련된 "학제 간 연구(Interdisciplinary Studies)"를 활발하게 발전시켜 왔다. 예를 들어 고천문학(Archaeoastronomy)은 고고학과 융합된 학문으로서 고대 또는 전통적인 천문학을 문화적인 측면에서 연구하는 분야이다. 한편 천문 생물학(Astrobiology)은 지구 외에도 생명체가 존재할 수 있다는 전제하에 우주 생명체의 등장과 진화에 대해 연구한다. 우주에서 발견되는 화학물질의 생성, 변화, 소멸 등을 연구하는 분야는 천문 화학(Astochemistry)이라 부른다. 이런 물질들은 분자운, 온도가 낮은 별들, 갈색왜성, 그리고 행성에서 발견된다. 우주화학(Cosmochemistry)은 태양계 내에서 발견되는 화학물질을 연구하는 분야로서, 원소와 동위원소의 상대적인 비율을 다룬다. 이 두 분야가 천문학과 화학이 융합된 학문이다.
아마추어 천문학
천문학은 비전문가들이 많은 기여를 하는 과학분야이다. 아마추어 천문가들은 다양한 천체와 천문 현상들을 관측한다. 일반적인 관측대상으로 달, 행성, 별, 혜성, 유성우, 가슴천체(성단, 은하, 성운)등이 있다.
때로는 이러한 관측에 자신들이 직접 제작한 장비를 사용하기도 한다. 이들이 밤하늘이나 특정 천체들의 사진을 찍기도 하는데 이런 사진을 천문 사진이라 부른다. 이러한 취미 활동 뿐만아니라, 천문학 연구에 꾸준히 공헌해왔다. 예를 들어 혜성을 처음으로 발견하기도 하고, 변광성을 꾸준하게 관측한다. 그리고 디지털 관측기기의 발전으로 천문 사진 분야에서 큰 발전을 이루어 왔다.
