Der Forschungsbereich "Sterne, Sonne und Exoplaneten" untersucht, wie Sterne und ihre Planeten sich zusammen entwickeln, von der Planetenentstehung über die Bildung von Planetenatmosphären bis über die extrem langen Zeitskalen, auf denen sich Sterne und ihr Magnetismus entwickeln. Dabei dient die Sonne - unser nächstgelegener Stern - als eine Blaupause für Prozesse anderer Sterne, die wir nicht im selben Detailreichtum beobachten können. Exoplaneten, d.h. Planeten in anderen Sonnensystemen, können ganz andere Eigenschaften als unsere eigenen acht Planeten haben, von ihren Umlaufbahnen bis zu ihrer Zusammensetzung. Die Möglichkeiten für die Entstehung von Leben auf solchen Planeten zu verstehen ist eine der großen Fragen, die dieser Forschungsbereich beantworten will.

Galaxien sind fundamentale Bausteine unseres Kosmos. Auf großen Skalen dienen sie als Marker, um die Masseverteilung im Kosmos auszuloten. Hierbei spielen die aktiven Galaxien und Quasare eine besondere Rolle. Nähere Objekte lassen sich räumlich auflösen und in Populationen verschiedener Kinematik, Sternentstehungsgeschichte und chemischen Häufigkeiten zerlegen. Hierbei kommt insbesondere die Methode der 3D-Spektroskopie zum tragen, einer der Stützpfeiler im Technologie-Programm des Instituts. In unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft sowie in unserer Milchstraße können Galaxien in Einzelsterne aufgelöst werden. Da die Sternpopulationen die chemischen und kinematischen Bedingungen zum Zeitpunkt ihrer Bildung konservieren, lässt sich die Entstehungsgeschichte dieser Galaxien in erstaunlichem Detail rekonstruieren – die Galaxie wird zum kosmologischen Labor.

Die Größe des Kosmos und der darin gefundenen Objekte erlauben es nicht, die Interaktion dieser Objekte im Labor nachzustellen oder physikalische Experimente mit diesen astrophysikalischen Objekten durchzuführen. Die Beobachtung mit immer besseren Instrumenten ist die einzige Möglichkeit, physikalische Eigenschaften von kosmischen Objekten zu verifizieren. Astrophysikerinnen und Astrophysiker beobachten mit einer kleinen Zahl von sehr großen Teleskopen. Diese befinden sich in Gebieten mit optimalen atmosphärischen Bedingungen in Arizona, Chile oder im Weltraum. Um ihre Beobachtungsinstrumente zu verbessern erweitert die Astrophysik beständig die Grenzen des technisch Machbaren. Zusätzlich werden heute die leistungsfähigsten Großrechner für Simulationen zum Testen von astrophysikalischen Theorien und für die Interpretation von Beobachtungen herangezogen.