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由于天文物理学是一门很广泛的学问，天文物理学家通常需要应用很多不同的学术领域，像经典力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等等。天文物理实验数据大多数是依赖观测电磁辐射获得。比较寒冷的星体，像星际物质或星际云会发射无线电波。
大爆炸后，经过红移，遗留下来的微波，称为宇宙微波背景辐射。研究这些微波需要用到非常大的无线电望远镜。太空探索大大地扩展了天文学的疆界。由于地球大气层的干扰，红外线、紫外线、伽马射线和X射线天文学必须使用人造卫星在地球大气层外做观测实验。光学天文学通常使用加装电荷耦合元件和光谱仪的望远镜来做观测。
由于大气层会干涉观测数据的品质，还必须配备调适光学系统，或改用太空望远镜，才能得到最优良的影像。在这频域里，恒星的可见度非常高。借着观测化学频谱，可以分析恒星、星系和星云的化学成份。理论天文物理学家的工具包括分析模型和计算机模拟。天文过程的分析模型时常能使学者更深刻地理解内中奥妙;计算机模拟可以显示出一些非常复杂的现象或效应。大爆炸模型的两个理论栋梁是广义相对论和宇宙学原理。由于太初核合成理论的成功和宇宙微波背景辐射实验证实，科学家确定大爆炸模型正确无误。
最近，学者又创立了ΛCDM模型来解释宇宙的演化，这模型涵盖了宇宙膨胀(cosmic inflation)、暗能量、暗物质等等概念。
QS世界大学排行榜上的部分瑞典大学学科排名：物理与天文学
皇家理工学院 51-100
隆德大学 51-100
斯德哥尔摩大学 51-100
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