Astrofisica atomica e molecolare
L'astrofisica atomica si occupa di eseguire calcoli di fisica atomica che saranno utili agli astronomi e di utilizzare i dati atomici per interpretare le osservazioni astronomiche. La fisica atomica svolge un ruolo chiave nell'astrofisica poiché le uniche informazioni degli astronomi su un particolare oggetto provengono dalla luce che emette e questa luce sorge attraverso le transizioni atomiche.
L'astrofisica molecolare , sviluppata in un rigoroso campo di indagine dall'astrologo teorico Alexander Dalgarno a partire dal 1967, riguarda lo studio dell'emissione da molecole nello spazio. Esistono attualmente 110 molecole interstellari conosciute. Queste molecole hanno un gran numero di transizioni osservabili. Le linee possono anche essere osservate in assorbimento, ad esempio le linee fortemente spostate verso il rosso viste contro il quasar con lente gravitazionale PKS1830-211. Le radiazioni ad alta energia, come la luce ultravioletta, possono rompere i legami molecolari che trattengono gli atomi nelle molecole. In generale, quindi, le molecole si trovano in ambienti astrofisici freddi. Gli oggetti più massicci nella nostra galassia sono nuvole giganti di molecole e polvere conosciute come nuvole molecolari giganti. In queste nuvole, e versioni più piccole, si formano stelle e pianeti. Uno dei principali campi di studio dell'astrofisica molecolare è la formazione di stelle e pianeti. Molecole possono essere trovate in molti ambienti, tuttavia, dalle atmosfere stellari a quelle dei satelliti planetari. La maggior parte di queste posizioni è relativamente fredda e l'emissione molecolare viene studiata più facilmente tramite fotoni emessi quando le molecole effettuano transizioni tra stati di energia a bassa rotazione. Una molecola, composta da atomi di carbonio e ossigeno abbondanti e molto stabile contro la dissociazione in atomi, è il monossido di carbonio (CO). La lunghezza d'onda del fotone emesso quando la molecola di CO cade dal suo stato di eccitazione più basso alla sua energia pari a zero, o allo stato di massa, è di 2,6 mm o 115 gigahertz. Questa frequenza è mille volte più alta delle frequenze radio FM tipiche. A queste alte frequenze, le molecole nell'atmosfera terrestre possono bloccare le trasmissioni dallo spazio e i telescopi devono essere situati in luoghi asciutti (l'acqua è un importante bloccante atmosferico). I radiotelescopi devono avere superfici molto precise per produrre immagini ad alta fedeltà.
Il 21 febbraio 2014, la NASA ha annunciato un database notevolmente aggiornato per il monitoraggio degli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) nell'universo. Secondo gli scienziati, oltre il 20% del carbonio nell'universo potrebbe essere associato a IPA, possibili materiali di partenza per la formazione della vita. Gli IPA sembrano essersi formati poco dopo il Big Bang, sono diffusi in tutto l'universo e sono associati a nuove stelle ed esopianeti.
