Er is een verborgen universum - een universum dat uitstraalt in golflengten van licht die mensen niet kunnen voelen. Een van deze stralingstypen is de röntgenspectrum. Röntgenstralen worden afgegeven door objecten en processen die extreem heet en energiek zijn, zoals oververhitte materiaalstralen in de buurt zwarte gaten en de explosie van een gigantische ster genaamd een supernova. Dichter bij huis zendt onze eigen zon röntgenstralen uit kometen als ze de zonnewind tegenkomen. De wetenschap van röntgenastronomie onderzoekt deze objecten en processen en helpt astronomen te begrijpen wat er elders in de kosmos gebeurt.
Röntgenbronnen zijn verspreid over het universum. De hete buitenatmosferen van sterren zijn wonderbaarlijke bronnen van röntgenstralen, vooral wanneer ze oplaaien (zoals onze zon doet). Röntgenfakkels zijn ongelooflijk energiek en bevatten aanwijzingen voor de magnetische activiteit in en rond het oppervlak van een ster en de lagere atmosfeer. De energie in die fakkels vertelt astronomen ook iets over de evolutionaire activiteit van de ster. Jonge sterren zijn ook bezig met het uitzenden van röntgenstralen omdat ze veel actiever zijn in hun vroege stadia.
Wanneer sterren sterven, met name de meest massieve, exploderen ze als supernovae. Die catastrofale gebeurtenissen geven enorme hoeveelheden röntgenstraling af, die aanwijzingen bieden voor de zware elementen die zich tijdens de explosie vormen. Dat proces creëert elementen zoals goud en uranium. De meest massieve sterren kunnen instorten tot neutronensterren (die ook röntgenstralen afgeven) en zwarte gaten.
De röntgenstralen die worden uitgezonden door gebieden met zwarte gaten komen niet van de singulariteiten zelf. In plaats daarvan vormt het materiaal dat wordt verzameld door de straling van het zwarte gat een "accretieschijf" die materiaal langzaam in het zwarte gat spint. Terwijl het draait, worden magnetische velden gecreëerd, die het materiaal verwarmen. Soms ontsnapt materiaal in de vorm van een straal die door de magnetische velden wordt geleid. Zwarte gatenstralen zenden ook zware hoeveelheden röntgenstralen uit, net als superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels.
Galaxy-clusters hebben vaak oververhitte gaswolken in en rond hun individuele sterrenstelsels. Als ze heet genoeg worden, kunnen die wolken röntgenstralen uitzenden. Astronomen observeren die regio's om de verdeling van gas in clusters beter te begrijpen, evenals de gebeurtenissen die de wolken verwarmen.
Röntgenobservaties van het universum en de interpretatie van röntgengegevens vormen een relatief jonge tak van de astronomie. Aangezien röntgenstralen grotendeels worden geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde, was het niet totdat wetenschappers sonderingsraketten konden sturen en met instrument beladen ballonnen hoog in de atmosfeer die ze gedetailleerde metingen van x-ray "helder" konden maken voorwerpen. De eerste raketten gingen in 1949 omhoog aan boord van een V-2-raket die aan het einde van de Tweede Wereldoorlog uit Duitsland werd veroverd. Het detecteerde röntgenstralen van de zon.
De beste manier om röntgenobjecten op de lange termijn te bestuderen, is het gebruik van ruimtesatellieten. Deze instrumenten hoeven niet de effecten van de atmosfeer van de aarde te bestrijden en kunnen zich langer op hun doelen concentreren dan ballonnen en raketten. De detectoren die worden gebruikt in röntgenastronomie zijn geconfigureerd om de energie van de röntgenemissies te meten door het aantal röntgenfotonen te tellen. Dat geeft astronomen een idee van de hoeveelheid energie die wordt uitgestoten door het object of de gebeurtenis. Er zijn minstens vier dozijn röntgenobservatoria naar de ruimte gezonden sinds de eerste ronddraaiende observatoria, de Einstein Observatory genaamd. Het werd gelanceerd in 1978.
Een van de bekendste röntgenobservatoria zijn de Röntgen Satellite (ROSAT, gelanceerd in 1990 en buiten gebruik gesteld in 1999), EXOSAT (gelanceerd door de European Space Agentschap in 1983, buiten bedrijf gesteld in 1986), NASA's Rossi X-ray Timing Explorer, de Europese XMM-Newton, de Japanse Suzaku-satelliet en de Chandra X-Ray Observatorium. Chandra, genoemd naar Indiase astrofysicus Subrahmanyan Chandrasekhar, werd gelanceerd in 1999 en blijft beelden met een hoge resolutie van het röntgenuniversum bieden.
De volgende generatie x-ray telescopen omvat NuSTAR (gelanceerd in 2012 en nog steeds actief), Astrosat (gelanceerd door de Indiaan Space Research Organisation), de Italiaanse AGILE-satelliet (die staat voor Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), gelanceerd in 2007. Anderen zijn in de planning die astronomie zullen blijven kijken naar de röntgenkosmos vanuit een baan nabij de aarde.