Det er et skjult univers der ute - et som stråler i bølgelengder av lys som mennesker ikke kan sanse. En av disse strålingstypene er røntgenspektrum. Røntgenbilder gis av gjenstander og prosesser som er ekstremt varme og energiske, for eksempel overopphetede stråler av materiale i nærheten svarte hull og eksplosjon av en gigantisk stjerne kalt en supernova. Nærmere hjemme avgir vår egen sol røntgenstråle, som det gjør kometer når de møter solvinden. Vitenskapen om røntgenastronomi undersøker disse objektene og prosessene og hjelper astronomene til å forstå hva som skjer andre steder i kosmos.
Røntgenkilder er spredt over hele universet. De varme ytre atmosfære av stjerner er vidunderlige kilder til røntgenstråler, spesielt når de blusser (som vår sol gjør). Røntgenflusser er utrolig energiske og inneholder ledetråder for den magnetiske aktiviteten i og rundt en stjerners overflate og lavere atmosfære. Energien i disse faklene forteller også astronomene noe om stjernens evolusjonsaktivitet. Unge stjerner er også opptatt med røntgenstråler fordi de er mye mer aktive i de tidlige stadiene.
Når stjerner dør, særlig de mest massive, eksploderer de som supernovaer. Disse katastrofale hendelsene avgir enorme mengder røntgenstråling, som gir ledetråder til de tunge elementene som dannes under eksplosjonen. Den prosessen skaper elementer som gull og uran. De mest massive stjernene kan kollapse for å bli nøytronstjerner (som også avgir røntgenstråler) og sorte hull.
Røntgenbildene som sendes ut fra sorte hullområder kommer ikke fra singularitetene selv. I stedet danner materialet som samles inn av det sorte hullets stråling en "akkretionsskive" som snurrer materiale sakte ned i det sorte hullet. Når det snurrer opprettes magnetfelt som varmer opp materialet. Noen ganger rømmer materiale i form av en stråle som er traktet av magnetfeltene. Svart hullstråler avgir også store mengder røntgenstråler, og det samme gjør supermassive sorte hull i sentrum av galakser.
Galaxy-klynger har ofte overopphetede gassskyer i og rundt sine individuelle galakser. Hvis de blir varme nok, kan disse skyene avgi røntgenstråler. Astronomer observerer disse regionene for bedre å forstå fordelingen av gass i klynger, så vel som hendelsene som varmer skyene.
Røntgenobservasjoner av universet og tolkningen av røntgendata utgjør en relativt ung gren av astronomi. Siden røntgenbilder i stor grad blir absorbert av jordens atmosfære, var det ikke før forskere kunne sende klingende raketter og instrumentbelastede ballonger høyt i atmosfæren som de kunne foreta detaljerte målinger av røntgenstrålen "lys" objekter. De første rakettene gikk opp i 1949 ombord en V-2-rakett som ble fanget fra Tyskland ved slutten av andre verdenskrig. Det oppdaget røntgenstråler fra solen.
Den beste måten å studere røntgenobjekter på lang sikt er å bruke rom-satellitter. Disse instrumentene trenger ikke å bekjempe virkningene av jordens atmosfære og kan konsentrere seg om deres mål i lengre perioder enn ballonger og raketter. Detektorene som brukes i røntgenastronomi er konfigurert til å måle energien til røntgenutslippene ved å telle antall røntgenfotoner. Det gir astronomer en idé om hvor mye energi som blir avgitt av objektet eller hendelsen. Det har vært minst fire dusin røntgenobservatorier sendt til verdensrommet siden den første omløpende ble sendt, kalt Einstein-observatoriet. Det ble lansert i 1978.
Blant de mest kjente røntgenobservatoriene er Röntgen Satellite (ROSAT, lansert i 1990 og tatt ut i 1999), EXOSAT (lansert av European Space Byrået i 1983, avviklet i 1986), NASAs Rossi X-ray Timing Explorer, den europeiske XMM-Newton, den japanske Suzaku-satellitten og Chandra X-Ray Observatory. Chandra, oppkalt etter Indisk astrofysiker Subrahmanyan Chandrasekhar, ble lansert i 1999 og fortsetter å gi høyoppløselig syn på røntgenuniverset.
Den neste generasjonen røntgenteleskoper inkluderer NuSTAR (lansert i 2012 og fremdeles fungerer), Astrosat (lansert av indianeren Space Research Organization), den italienske AGILE-satellitten (som står for Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), lansert i 2007. Andre er i planlegging som vil fortsette astronomiens blikk på røntgenkosmos fra jordens bane nær jord.