La astrofísica atómica se ocupa de realizar cálculos de física atómica que serán útiles para los astrónomos y de utilizar datos atómicos para interpretar observaciones astronómicas . La física atómica desempeña un papel fundamental en la astrofísica , ya que la única información que tienen los astrónomos sobre un objeto en particular proviene de la luz que emite, y esta luz surge a través de transiciones atómicas .
La astrofísica molecular , desarrollada como un campo de investigación riguroso por el astroquímico teórico Alexander Dalgarno a partir de 1967, se ocupa del estudio de la emisión de moléculas en el espacio. Actualmente se conocen 110 moléculas interestelares. Estas moléculas tienen un gran número de transiciones observables. También se pueden observar líneas en la absorción , por ejemplo, las líneas altamente desplazadas hacia el rojo que se ven contra el cuásar PKS1830-211 con lente gravitacional. La radiación de alta energía, como la luz ultravioleta , puede romper los enlaces moleculares que mantienen a los átomos en las moléculas. En general, las moléculas se encuentran en entornos astrofísicos fríos. Los objetos más masivos de nuestra galaxia son nubes gigantes de moléculas y polvo conocidas como nubes moleculares gigantes . En estas nubes, y versiones más pequeñas de ellas, se forman estrellas y planetas. Uno de los principales campos de estudio de la astrofísica molecular es la formación de estrellas y planetas . Sin embargo, las moléculas se pueden encontrar en muchos entornos, desde atmósferas estelares hasta las de satélites planetarios. La mayoría de estos lugares son relativamente fríos y la emisión molecular se estudia más fácilmente a través de los fotones emitidos cuando las moléculas hacen transiciones entre estados de baja energía rotacional. Una molécula, compuesta por los abundantes átomos de carbono y oxígeno, y muy estable frente a la disociación en átomos, es el monóxido de carbono (CO). La longitud de onda del fotón emitido cuando la molécula de CO cae de su estado excitado más bajo a su estado de energía cero, o estado fundamental, es de 2,6 mm, o 115 gigahercios . Esta frecuencia es mil veces más alta que las frecuencias de radio FM típicas. A estas altas frecuencias, las moléculas de la atmósfera de la Tierra pueden bloquear las transmisiones desde el espacio, y los telescopios deben estar ubicados en sitios altos y secos (el agua es un bloqueador atmosférico importante). Los radiotelescopios deben tener superficies muy precisas para producir imágenes de alta fidelidad.
El 21 de febrero de 2014, la NASA anunció una base de datos muy mejorada para rastrear los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en el universo . Según los científicos, más del 20% del carbono del universo puede estar asociado con los HAP, posibles materiales de partida para la formación de la vida . Los HAP parecen haberse formado poco después del Big Bang , están muy extendidos por todo el universo y están asociados con nuevas estrellas y exoplanetas . [1]