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天文觀測的範圍與方式很廣泛，除了過去的光學與電波望遠鏡，近年來天文學家也發展出觀測重力波與微中子的方法。

愛因斯坦在廣義相對論中預言了重力波的存在，它是時空變化造成的波動，不與傳播途中的物質作用，所以能夠真實傳遞宇宙遠處的資訊，但因為微弱而很難被偵測到。2016年2月11日，LIGO科學團隊宣布首次探測到來自兩個雙黑洞合併所產生的重力波，開啟了重力波天文學這門新的天文研究領域。

其中又以微中子最受到討論，由奧地利物理學家包立在1930年所提出，微中子是一種電中性、質量極小，且只參與弱交互作用的基本粒子。微中子的特性讓它得以成為高穿透性的探針，天文學家利用它來探測光、無線電波等其它形式電磁波所無法探測的區域。因為它不參與強交互作用，也不與電磁力發生作用，所以它在穿越一般物質時，幾乎不會遭遇任何阻礙；但也因此也難以被偵測。