Математи́ческие зада́чи релятиви́стской астрофи́зики, задачи, возникающие при изучении астрофизических явлений, в которых существенны релятивистские эффекты, т. е. эффекты специальной или общей теории относительности.

Принято разделять математические задачи релятивистской астрофизики на задачи, относящиеся к космологии – науке о строении и эволюции Вселенной, и задачи релятивистской астрофизики отдельных небесных тел. Примером космологического решения, описывающего расширение (или сжатие) однородной и изотропной Вселенной, является решение А. А. Фридмана. Однородные анизотропные космологические решения классифицированы (выделено 9 типов по Бианки) и хорошо изучены. Детально изучены анизотропные и неоднородные решения, представляющие собой малые отклонения от решения Фридмана (линейное приближение), и построены некоторые простые нелинейные решения.

Особое место занимает проблема, связанная с наличием особой точки в общем космологическом решении, в которой достигается бесконечная плотность вещества и бесконечная кривизна пространства-времени. Показано, что сингулярность неизбежна в прошлом в условиях, имеющих место в реальной Вселенной, и построено общее решение уравнений общей теории относительности с сингулярностью. Активно исследуется возможность построения космологических решений без сингулярности, связанная с выходом за рамки классической общей теории относительности.

Большой класс математических задач релятивистской астрофизики связан с изучением взаимодействия реликтового излучения, заполняющего пространство, с веществом в ходе расширения Вселенной и физических процессов, способных породить такое излучение.

Математические задачи релятивистской астрофизики для отдельных небесных тел касаются равновесия и устойчивости звёзд и звёздных скоплений. Найдены равновесные массы белых карликов и нейтронных звёзд и изучен релятивистский коллапс более массивных звёзд, превращающихся в т. н. «чёрные дыры» – объекты, которые можно обнаружить лишь по проявлению их гравитационного поля. В связи с задачей поиска и изучения релятивистских объектов (нейтронных звёзд, «чёрных дыр» и др.) рассматривается задача об аккреции на них вещества с магнитным полем.

К математическим задачам релятивистской астрофизики относится также исследование гравитационного излучения. В слабом гравитационном поле в пустоте возмущения, например инварианта кривизны, подчиняются волновому уравнению и поле тяготения распространяется в пространстве подобно электромагнитным волнам.