Thập kỷ 60 của thế kỷ XX, cùng với sự nâng cao kính viễn vọng điện tử cỡ lớn, môn vật lý thiên thể đã liên tiếp giành được bốn phát hiện lớn. Đó là các phát hiện: vật thể sao, sao Mạch xung, bức xạ vi ba vũ trụ và phần tử hữu cơ giữa các vì sao.
Năm 1960 phát hiện ra quaza đầu tiên. Đặc trưng lớn nhất của nó là dịch chuyển về phía đỏ rất lớn. Điều đó chứng tỏ nó cách xa Trái Đất của chúng ta từ mấy tỉ đến hàng chục tỉ năm ánh sáng. Mặt khác, độ sáng của các vật thể này còn mạnh gấp 100 đến 1000 lần so với hệ Ngân hà (trong hệ Ngân hà có khoảng 100 tỉ định tinh. Nhưng thể tích của các vật thể này rất nhỏ, chỉ bằng 1/10 triệu tỉ của hệ Ngân hà. Nguyên nhân nào khiến cho các vật thể này với thể tích nhỏ lại tích tụ được một năng lượng lớn đến thế? Theo tư liệu quan trắc nhiều năm nay tích luỹ được, người ta đã phát hiện được hơn 6.200 quaza như thế. Tuy đã có sự hiểu biết nhất định đối với nó, nhưng bản chất của nó vẫn còn là một điều bí ẩn.
Năm 1967 hai nhà thiên văn người Anh quan trắc trong vũ trụ được một nguồn bức xạ đặc biệt. Chúng phát ra những xung điện theo chu kỳ rất chính xác. Độ chính xác của xung này còn cao hơn đồng hồ phổ thông. Ban đầu các nhà thiên văn còn nghi chúng là loại sóng vô tuyến được phát ra từ một loài sinh vật cấp cao nào đó trong vũ trụ. Về sau lại tiếp tục phát hiện ra một loạt thiên thể như thế. Thông qua nghiên cứu, các nhà thiên văn học đi đến nhận thức rằng: đó là một loại thiên thể mới – sao nơtron có tốc độ tự quay rất nhanh, gọi là punxa. Cho đến nay người ta đã phát hiện được hơn 550 punxa. Khối lượng của sao Mạch xung tương đương với Mặt Trời nhưng thể tích rất nhỏ, thông thường đường kính chỉ khoảng 10 – 20 km, do đó mật độ của nó rất lớn. 1 cm3 của punxa có thể đạt đến 100 triệu tấn, gấp 1000 tỉ lần đối với mật độ của tâm Mặt Trời. Nhiệt độ bề mặt punxa cao hơn 10 triệu độ C, nhiệt độ ở tâm của nó cao khoảng 6 tỉ độ C. Dưới nhiệt độ cao như thế thì vật chất ở đó thuộc trạng thái khác thường – trạng thái trung tính, tức là toàn bộ điện tử vòng ngoài của nguyên tử đã bị nén vào nhân và trung hoà với điện tích dương của hạt nhân, kết quả hạt nhân nguyên tử ở trạng thái trung tính. Các hạt nhân ép chặt với nhau khiến cho thể tích punxa thu lại rất nhỏ. Ngày nay không ít người cho rằng punxa là một loại hằng tinh già, vì nhân đã cháy hết, dẫn đến một trận tai biến mà hình thành nên. Người phát hiện punxa năm 1974 đã nhận được Giải thưởng Nobel Vật lý.
Năm 1965 hai nhà vật lý người Mỹ khi tìm kiếm nguồn tạp âm gây nhiễu hệ thống tín hiệu của vệ tinh đã ngẫu nhiên phát hiện khắp các phương trên bầu trời đều có một bức xạ yếu. Chúng tương ứng với bức xạ vật đen ở nhiệt độ tuyệt đối 3 K. Loại bức xạ này đến từ vũ trụ xa xăm, các phương hoàn toàn như nhau. Qua đó có thể thấy vũ trụ không phải là “chân không”. Hiện tượng này trong thiên văn học gọi là bức xạ vi ba vũ trụ. Nó là căn cứ quan trắc tốt nhất để minh chứng cho lý luận vũ trụ được khởi nguồn từ một vụ nổ lớn. Năm đó, bản tin công bố phát hiện này tuy chỉ dài 600 chữ nhưng đã làm chấn động cả giới vật lý thiên văn lẫn giới vật lý lý thuyết toàn thế giới. Hai người phát hiện nhờ đó nhận được Giải thưởng Nôben vật lý năm 1978.
Đầu thập kỷ 60 của thế kỷ XX, sau khi phát hiện ra sóng ngắn cm và sóng mm giữa các vì sao, người ta đã bất ngờ phát hiện được các chất trong vũ trụ tồn tại dưới đủ dạng phân tử, trong đó không những có những chất vô cơ đơn giản mà còn có những phân tử hữu cơ khá phức tạp. Các phân tử giữa các vì sao và sự diễn biến của các hành tinh có mối quan hệ mật thiết với nhau. Điều quan trọng hơn là sự phát hiện phân tử hữu cơ giữa các vì sao đã cung cấp những đầu mối quan trọng để nghiên cứu nguồn gốc sự sống trong vũ trụ.
Bốn phát hiện trong thiên văn của thập kỷ 60 thế kỷ XX đối với sự phát triển của thiên văn học và nhận thức vũ trụ của con người đều có tác dụng rất quan trọng.