Ta dziedzina obejmuje badania obiektów astronomicznych emitujących promieniowanie elektromagnetyczne o wysokich energiach w zakresie gamma, rentgenowskim i ultrafioletowym oraz cząstki promieniowania kosmicznego. Przykładami takich obiektów są: aktywne jądra galaktyk (AGN), gwiazdy supernowe, pozostałości po supernowych, rozbłyski gamma, a także galaktyczne mikrokwazary. Przedmiotem zainteresowania tej grupy jest akrecja materii na obiekty zwarte, tworzenie się skolimowanych strug materii, powstawanie widm tych obiektów. Astronomowie z CAMK uczestniczą w dużych programach obserwacyjnych, takich jak: H.E.S.S., CTA, Integral czy ATHENA.
Astrofizyką wysokich energii zajmują się w CAMK: Marek Abramowicz, Jarosław Dyks, Włodzimierz Kluźniak, Jean-Pierre Lasota-Hirszowicz, Alex Markowitz, Joanna Mikołajewska, Rafał Moderski, Krzysztof Nalewajko, Agata Różańska, Bronisław Rudak, Marek Sikora, Andrzej Zdziarski, Janusz Ziółkowski, Piotr Życki; oraz doktoranci: Qiang Chen, Angelos Karakonstantakis, Fatemeh Kayanikhoo, Saikruba Krishnan, Eleonora Veronica Lai, Ruchi Mishra, Mohammad Hassan Naddaf Moghaddam, Biswaraj Palit i Tathagata Saha.
Fizyką cząstek elementarnych zajmuje się w CAMK Stanisław Tatur.
Astrofizyka jądrowa jest interdyscyplinarną dziedziną łączącą fizykę jądrową z astronomią i astrofizyką. Szczególnym przedmiotem jej zainteresowania są zwarte obiekty, takie jak gwiazdy neutronowe czy gwiazdy kwarkowe. Badane są własności gęstej materii, równania stanu, przejścia fazowe, procesy powstawania takich obiektów. Badania teoretyczne są ściśle powiązane z analizą wyników obserwacji.
W CAMK astrofizyką jądrową i gęstą materią zajmuja się: Michał Bejger, Paweł Haensel, Brynmor Haskell, Włodzimierz Kluźniak, Leszek Zdunik i doktorantka Lami Suleiman.
Kosmologia jest działem astrofizyki zajmującym sie badaniem Kosmosu jako całości. Obejmuje zarówno problemy kosmologicznych rozwiązań równań Einsteina jak i badanie fizycznych procesów związanych z ewolucją Wszechswiata. Przedmiotem zainteresowań kosmologii są np. powstawanie pierwiastków chemicznych (pierwotna nukleosynteza), mikrofalowe, rentgenowskie, ultrafioletowe promieniowanie tła, powstawanie i ewolucja wielkoskalowej struktury rozkładu materii (powstawanie galaktyk i ich układów). Choć obecnie powszechnie przyjmowany jest jako model ewolucji Wszechświata model Wielkiego Wybuchu przy założeniu jednorodności i izotropii, ważnym kierunkiem poszukiwań jest badanie niejednorodnych modeli (i odpowiadających im rozwiazań równań Ogólnej Teorii Względności).
Kosmologią i teorią względności zajmują się w CAMK: Marek Abramowicz, Stanisław Bajtlik, Michał Chodorowski, Włodzimierz Kluźniak, Andrzej Krasiński, Andrzej Sołtan; oraz doktorant Chandra Shekhar Saraf.
Astronomia fal grawitacyjnych to nowa i obiecująca dziedzina badań Wszechświata. W odróżnieniu od obserwacji fal elektromagnetycznych (fal radiowych, światła widzialnego, promieniowania X i gamma), będących głównym źródłem naszej dotychczasowej wiedzy, obserwując fale grawitacyjne ,,słuchamy'' Wszechświata rejestrując drobne zaburzenia krzywizny czasoprzestrzeni przy pomocy laserowych detektorów interferometrycznych LIGO i Virgo. Fale grawitacyjne emitowane są podczas największych kosmicznych kataklizmów: koalescencji układów podwójnych gwiazd neutronowych lub czarnych dziur, wybuchów supernowych, oraz przez inne źródła np. niestabilne lub zdeformowane rotujące gwiazdy neutronowe, całe populacje obiektów (tzw. tło stochastyczne) a nawet mogą pochodzić z wczesnych etapów życia Wszechświata. Bezpośrednia detekcja fal grawitacyjnych umożliwia badanie obiektów, które nie wytwarzają promieniowania elektromagnetycznego, sprawdzanie teorii grawitacji w dynamicznym reżimie silnego pola grawitacyjnego oraz bezpośrednie studiowanie wnętrz gwiazd neutronowych, czyli poznanie sekretów najgęstszej materii istniejącej we Wszechświecie. Informacji tych nie da się obecnie uzyskać innymi metodami.
W CAMK badaniem fal grawitacyjnych zajmują się: Michał Bejger, Krzysztof Belczyński, Paweł Ciecieląg,Przemysław Figura, Brynmor Haskell i Iwona Kotko; oraz doktoranci: Aleksandra Olejak, Amedeo Romagnolo i Sudhagar Suyamprakasam.
Badania w zakresie astrofizyki gwiazdowej obejmują problemy własności fizycznych gwiazd i ich atmosfer, ich pochodzenie, ewolucję, a także wpływ na kosmiczne środowisko (własności ośrodka międzygwiazdowego). Bardzo ważnymi tematami badawczymi są: własności i ewolucja układów podwójnych gwiazd, w szczególności ciasnych układów podwójnych (gwiazdy kataklizmiczne, dyski akrecyjne, gwiazdy podwójne o współnej otoczce), gwiazdy symbiotyczne, mgławice i protomgławice planetarne, gwiazdy nowe (również czerwone), rentgenowskie układy podwójne. Z astronomią gwiazdową wiążą się też badania procesu powstawania planet i ich obserwacyjne poszukiwania. Astronomowie z CAMK, uczestniczą w dużych programach obserwacyjnych w zakresie astrnomii gwiazdowej, takich jak Solaris, SALT, BRITE-PL czy Herschel.
W CAMK badania w zakresie astronomii gwiazdowej, zarówno teoretyczne jak obserwacyjne, prowadzą: Wojciech Dziembowski, Cezary Gałan, Tomasz Kamiński, Maciej Konacki, Maria Luiza Linhares Dantas, Beata Mazur, Joanna Mikołajewska, Arkadiusz Olech, Wojciech Pych, Michał Różyczka, Marek Sarna, Mirosław Schmidt, Aleksander Schwarzenberg-Czerny, Józef I. Smak, Rodolfo Smiljanic, Radosław Smolec, Ryszard Szczerba, Romuald Tylenda oraz doktoranci: André da Silva, John Eduard Martínez Fernández, Muhammad Zain Mobeen, Sergen Özdemir i Thomas Steinmetz.
Asterosejsmologia jest działem astronomii zajmującym się badaniem wewnętrznej budowy gwiazd drogą analizy i interpretacji widm częstości pulsacji powierzchni obiektu. Jest to możliwe ponieważ głębokość penetracji wnętrza gwiazdy zależy od modu pulsacji. Częstości pulsacji dostarczają informacji o profilu gęstości obszarów, w których powstają i rozchodzą się fale. Zajmujemy się detekcją i badaniem oscylacji w danych gromadzonych przez teleskopy kosmiczne, BRITE, Kepler i TESS oraz w danych gromadzonych przez projekty naziemne, takie jak OGLE.
W CAMK asterosejsmologią zajmują się: Wojciech Dziembowski, Gerald Handler, Vincent Hocdé, Paweł Moskalik, Alexey Pamyatnykh i Radosław Smolec, oraz doktoranci: Sowgata Chowdhury, Christian Eze, Rajeev Singh Rathour, Sumanta Kumar Sahoo, Sachu Sanjayan i Oliwia Ziółkowska.
Dynamika układów gwiazdowych obejmuje badanie własności i ewolucji takich obiektów jak gromady gwiazdowe, galaktyki, gromady galaktyk. Do tej dziedziny należy też badanie stabilności takich układów, powstawanie w nich struktury (np. jąder czy poprzeczek), wzajemne oddziaływania pomiędzy członkami grupy galaktyk, wyznaczanie rozkładu ciemnej materii.
Badanie ewolucji gęstych grawitacyjnie związanych gromad gwiazdowych jest jednym z najbardziej interesujących tematów zarówno astronomii obserwacyjnej jak i teoretycznej. Gromady gwiazdowe są jednym z najważniejszych laboratoriów, w których bada się procesy gwiazdotwórcze, powstawanie i fizyczną naturę obiektów „egzotycznych” (takich jak: zmienne kataklizmiczne, rożne typy rentgenowskich i zwartych układów podwójnych, czarne dziury, średniomasywne czarne dziury, podsystemy czarnych dziur, zderzenia pomiędzy czarnymi dziurami i gwiazdami neutronowymi i wiele innych), testuje się teorie ewolucji gwiazd oraz procesy fizyczne prowadzące do powstania wielokrotnych populacji gwiazd. Pozwala to z kolei zrozumieć procesy rządzące powstawaniem struktur we Wszechświecie. Gromady gwiazdowe mogą być wykorzystywane do "zważenia" Galaktyki, do lepszego określenia teoretycznych ograniczeń dotyczących struktury halo galaktycznego, zbudowanego z ciemnej materii, oraz procesów fizycznych prowadzących do powstawania galaktyk. Badanie młodych gromad gwiazdowych sprawia, że możliwe jest wprowadzenie bardziej rygorystycznych więzów na teorie powstawania gwiazdy i gromady gwiazdowych oraz dokładniejsze określenie wpływu pierwotnej segregacji masy i odrzucenia pozostałości gazu pozostałego po okresie formowania się gwiazd na początkową strukturę gromady oraz procesy powstawania wielokrotnych populacji gwiazd.
Badania są prowadzone zarówno drogą analizy teoretycznej jak i poprzez symulacje numeryczne i porównanie wyników z obserwacjami.
Tak rozumianą dynamiką układów gwiazdowych zajmują się w CAMK: Mirosław Giersz, Arkadiusz Hypki, Ewa L. Łokas, Grzegorz Wiktorowicz; oraz doktoranci Lucas Hellström i Agostino Leveque.
Precyzyjne pomiary odległości mają kluczowe znaczenie we wszystkich dziedzinach współczesnej astrofizyki. W szczególności są niezwykle ważne dla określenia wartości stałej Hubble'a, a tym samym do badania natury enigmatycznej ciemnej energii i testowania modeli kosmologicznych.
Grupa w CAMK (projekt Araucaria) wykorzystuje kilka różnych wskaźników odległości (cefeidy, zaćmieniowe układy podwójne, gwiazdy należące do "red clump", gwiazdy RR Lyrae, niebieskie nadolbrzymy) do precyzyjnych pomiarów odległości do pobliskich galaktyk. Służy to precyzyjnej kalibracji całej pozagalaktycznej skali odległości, a co za tym idzie, znacznego poprawienia wyznaczanej wartości stałej Hubble'a. Ta grupa angażuje się również w projekty instrumentalne; stworzyła Polskie Obserwatorium Narodowe w Chile (Obserwatorium Cerro Armazones).
W grupie kosmicznej skali odległości w CAMK, kierowanej przez Grzegorza Pietrzyńskiego, pracują: Cezary Gałan, Marek Górski, Dariusz Graczyk, Gergely Hajdu, Vincent Hocdé, Megan Olivia Lewis, Javier Minniti, Bogumił Pilecki, Wojtek Pych, Radosław Smolec, Ksenia Suchomska, Monica Taormina, Piotr Wielgórski, Bartłomiej Zgirski; oraz doktoranci: Felipe Espinoza Arancibia, Gonzalo Ignacio Rojas García, Mikołaj Kałuszyński.
