בעיות פתוחות בפיזיקה
אסטרונומיה ואסטרופיזיקה

עקומת הסיבוב של גלקסיה ספירלית טיפוסית: בתכנון (A) ובמציאות (B). האם ניתן לייחס את ההפרש בין שתי העקומות לחומר אפל?שדה השמש: כיצד מייצרת השמש את השדה המגנטי ההפוך שלה מדי פעם בקנה מידה גדול? כיצד מייצרים כוכבים דמויי שמש אחרים את השדות המגנטיים שלהם, ומה הדמיון והשוני בין מחזורי פעילות הכוכבים לזו של השמש? מה גרם למינימום של מאונדר להתערב בכך, ואיך מחזור השמש מתאושש מהמצב המינימלי?
בעיית חימום העטרה: מדוע העטרה (האטמוספירה) של השמש חמה יותר משטח השמש עצמו? מדוע אפקט החיבור המגנטי כולל סדרי גודל רבים מהירים יותר מהצפוי, המוצגים על ידי דגמים סטנדרטיים?
סילון: מדוע רק דיסקיות ספיחות מסוימות המקיפות גרמי שמיים מסוימים פולטים סילונים יחסיים לאורך הצירים הקוטביים שלהם? מדוע ישנם תנודות מעין-תקופתיות בדיסקיות ספיחות רבות? מדוע תקופת התנודות הללו מתרחשת כהיפוך של מסת האובייקט המרכזי? מדוע ישנם לפעמים גוון יתר, ומדוע אלה מופיעים ביחס תדרים שונה בעצמים שונים?
להקות כוכביות מפוזרות: מי הוא האחראי למספר קווי הקליטה הבין-כוכביים המתגלים בספקטרום האלקטרומגנטי? האם הם מולקולריים במקורם, ואם כן אילו מולקולות אחראיות להן? כיצד הם נוצרים?
חורים שחורים על-מסיביים: מה היחס והקשר בין מסת החור השחור העל-מסיבי למהירות פיזור החומר שלו בחלל? כיצד הגדילו הקוואזרים הרחוקים ביותר את החורים השחורים העל-מסיביים שלהם עד 1010 שמשות כל כך מוקדם בתולדות היקום?
צוק קויפר: מדוע מספר העצמים בחגורת קויפר של מערכת השמש נושר במהירות ובאופן בלתי צפוי מעבר לרדיוס של 50 יחידות אסטרונומיות?
אנומליה של פליבי: מדוע האנרגיה הנצפית של לוויינים המעופפים על ידי גופים פלנטריים שונה לפעמים בכמות של דקה מהערך שחזה התאוריה?
בעיית סיבוב הגלקסיה: האם חומר אפל אחראי להבדלים במהירות שנצפתה ותאורטית של כוכבים המסתובבים במרכז הגלקסיות, או שזה משהו אחר?
סופרנובות: מהו המנגנון המדויק של הפיכת כוכב גוסס לפיצוץ?
גרעינים p: איזה תהליך אסטרופיסי אחראי על הגרעין של איזוטופים נדירים אלה?
קרן קוסמית אולטרה גבוהה-אנרגטית: מדוע נראה כי קרניים קוסמיות מסוימות מחזיקות אנרגיות גבוהות במידה בלתי אפשרית, בהתחשב בעובדה שלא קיימים מקורות קרניים קוסמיות מספיק אנרגטיים בקרבת כדור הארץ? מדוע (ככל הנראה) יש לקרניים קוסמיות הנפלטות על ידי מקורות מרוחקים אנרגיות מעל גבול Greisen – Zatsepin – Kuzmin ?
קצב הסיבוב של שבתאי: מדוע המגנטוספרה של סטורן מציגה תקופתיות (המשתנה לאט) קרוב לזו בה מסתובבים ענני כדור הארץ? מה קצב הסיבוב האמיתי של פנים העמוק של שבתאי? ההתנגדות המגנטית ב־  u=8/5 (שבריר חלקי מצב הול).
מוצא שדה מגנטי מגנטר: מהו מקורם של מגנטר שדה מגנטי?
אניסוטרופיה בקנה מידה גדול: האם היקום בקנה מידה גדול מאוד הוא אניסוטרופי, מה שהופך את העיקרון הקוסמולוגי להנחה פסולה? ספירת המספרים ועוצמת הדיפול העוצמה ברדיו, קטלוג NRAO VLA Sky Survey (NVSS) אינו עולה בקנה אחד עם התנועה המקומית כפי שנגזרת מרקע מיקרוגל קוסמי ומעידים על אניסוטרופיה דיפולנית מהותית. אותם נתוני רדיו NVSS מראים גם דיפול פנימי בצפיפות הקיטוב ודרגת הקיטוב באותו כיוון כמו בספירת המספרים ובעוצמתם. ישנן מספר תצפיות אחרות החושפות אניסוטרופיה רחבת היקף. הקיטוב האופטי מקוואזרים מראה את יישור הקיטוב בסולם גדול מאוד של Gpc. נתוני הרקע הקוסמי-מיקרוגל מראים מספר מאפיינים של אניסוטרופיה, שאינם תואמים את מודל המפץ הגדול.
קשר גיל-מתכות בדיסק הגלקטי: האם קיים קשר עידן-מתכתי אוניברסלי (AMR) בדיסק הגלקטי (גם חלקים "דקים" וגם "עבים" של הדיסק)? אף על פי שבדיסק המקומי (הדק בעיקר) של שביל החלב אין שום עדות ל-AMR חזק, נעשה שימוש במדגם של 229 כוכבי דיסק "עבים" סמוכים כדי לחקור את קיומם של קשר עידן-מתכתי ב דיסק עבה גלקטי, ומציינים כי קיים קשר עידן-מתכתי בדיסק העבה. גילאים מהממים מאסטרוזיסולוגיה מאשרים את היעדר הקשר החזק-מתכתי כלשהו בדיסק הגלקטי.
בעיית הליתיום: מדוע קיים אי-התאמה בין כמות הליתיום -7 שצפויה להיווצר בנוקלאוזינתזה של המפץ הגדול לבין הכמות שנצפתה בכוכבים ישנים מאוד?
מקורות רנטגן אולטרה- לומינאיים (ULX): מה מזין מקורות רנטגן שאינם קשורים לגרעינים גלקטיים פעילים אך חורגים מבהירות אדינגטון של כוכב נייטרונים או חור שחור כוכבי? האם הם נובעים מחורים שחורים בעלי מסה בינונית? חלק מה-ULX הם תקופתיים, המצביעים על פליטה לא איזוטרופית מכוכב נייטרונים. האם זה חל על כל ה-ULX? כיצד יכולה מערכת כזו להיווצר ולהישאר יציבה?
פרץ קרינת רדיו מהיר (FRB): מה גורם לפולסי הרדיו החולפים הללו מגלקסיות רחוקות, הנמשכים רק כמה אלפיות השנייה? מדוע FRBs חוזרים על עצמם בפרקי זמן בלתי צפויים, אך רובם אינם עושים זאת? הוצעו עשרות דגמים, אך אף אחד מהם לא התקבל באופן נרחב.