L'astrofisica è la scienza che studia l’universo applicando i principi della fisica e della chimica agli oggetti celesti e ai fenomeni cosmici. A differenza dell'astronomia osservativa che si occupa della raccolta di dati, l’astrofisica li interpreta, cercando di capire il perché delle cose: perché le stelle brillano? Come si formano i buchi neri? Da dove nasce la materia dell’universo?
L'obiettivo dell'astrofisica è comprendere la natura e il comportamento degli oggetti celesti attraverso le leggi della fisica. Gli astrofisici combinano dati osservativi con modelli matematici e simulazioni per descrivere processi fondamentali come la nucleosintesi, l’interazione gravitazionale e l’emissione di energia nelle diverse frequenze dello spettro elettromagnetico.
Due delle più grandi sfide dell’astrofisica moderna sono la Materia Oscura e l’Energia Oscura. Entrambe invisibili, costituiscono circa il 95% del contenuto dell'universo, ma la loro vera natura è ancora sconosciuta.
La materia oscura non emette né assorbe luce, ma esercita un’influenza gravitazionale osservabile, ad esempio nella rotazione delle galassie: le stelle ai margini si muovono troppo velocemente per la sola massa visibile. Questo suggerisce l’esistenza di un alone invisibile di materia.
L’energia oscura, invece, è responsabile dell’accelerazione dell’espansione dell’universo. Lo si è scoperto osservando le supernovae di tipo Ia e misurando il Redshift delle galassie: più sono lontane, più si allontanano velocemente. Questo comporta che l’universo non solo si espande, ma lo fa in modo sempre più rapido.
Secondo il modello cosmologico ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter), il contenuto dell’universo è composto per il 5% da materia ordinaria (barionica), per il 27% da materia oscura e per il 68% da energia oscura.