C'è un universo nascosto là fuori, uno che si irradia in lunghezze d'onda di luce che gli umani non riescono a percepire. Uno di questi tipi di radiazioni è il spettro dei raggi x. I raggi X vengono emessi da oggetti e processi estremamente caldi ed energici, come getti di materiale surriscaldato nelle vicinanze buchi neri e il esplosione di una stella gigante chiamata supernova. Più vicino a casa, il nostro Sole emette raggi X, come pure comete mentre incontrano il vento solare. La scienza dell'astronomia a raggi X esamina questi oggetti e processi e aiuta gli astronomi a capire cosa sta succedendo altrove nel cosmo.
Le fonti di raggi X sono sparse in tutto l'universo. Le calde atmosfere esterne delle stelle sono prodigiose fonti di raggi X, in particolare quando brillano (come fa il nostro Sole). I raggi X sono incredibilmente energetici e contengono indizi sull'attività magnetica dentro e intorno alla superficie di una stella e all'atmosfera inferiore. L'energia contenuta in questi bagliori dice anche agli astronomi qualcosa sull'attività evolutiva della stella. Le giovani stelle sono anche impegnate a emettere raggi X perché sono molto più attive nelle loro fasi iniziali.
Quando le stelle muoiono, in particolare quelle più massicce, esplodono come supernovae. Questi eventi catastrofici emanano enormi quantità di radiazioni a raggi X, che forniscono indizi sugli elementi pesanti che si formano durante l'esplosione. Questo processo crea elementi come l'oro e l'uranio. Le stelle più massicce possono collassare per diventare stelle di neutroni (che emettono anche raggi X) e buchi neri.
Le radiografie emesse dalle regioni del buco nero non provengono dalle singolarità stesse. Invece, il materiale che viene raccolto dalla radiazione del buco nero forma un "disco di accrescimento" che gira lentamente il materiale nel buco nero. Mentre gira, vengono creati campi magnetici che riscaldano il materiale. A volte, il materiale fuoriesce sotto forma di un getto che viene incanalato dai campi magnetici. I getti del buco nero emettono anche una grande quantità di raggi X, così come i buchi neri supermassicci nei centri delle galassie.
I cluster di galassie hanno spesso nuvole di gas surriscaldate dentro e intorno alle loro singole galassie. Se diventano abbastanza caldi, quelle nuvole possono emettere raggi X. Gli astronomi osservano queste regioni per comprendere meglio la distribuzione del gas nei cluster, nonché gli eventi che riscaldano le nuvole.
Le osservazioni radiografiche dell'universo e l'interpretazione dei dati radiografici comprendono una branca dell'astronomia relativamente giovane. Dato che i raggi X sono in gran parte assorbiti dall'atmosfera terrestre, non è stato fino a quando gli scienziati non sono stati in grado di inviare missili dal suono e palloni carichi di strumenti in alto nell'atmosfera che potevano effettuare misurazioni dettagliate di raggi X "luminosi" oggetti. I primi razzi salirono nel 1949 a bordo di un razzo V-2 catturato dalla Germania alla fine della seconda guerra mondiale. Ha rilevato i raggi X dal sole.
Il modo migliore per studiare oggetti a raggi X a lungo termine è usare i satelliti spaziali. Questi strumenti non devono combattere gli effetti dell'atmosfera terrestre e possono concentrarsi sui loro obiettivi per periodi di tempo più lunghi rispetto a palloncini e razzi. I rivelatori utilizzati nell'astronomia a raggi X sono configurati per misurare l'energia delle emissioni di raggi X contando il numero di fotoni a raggi X. Ciò dà agli astronomi un'idea della quantità di energia emessa dall'oggetto o dall'evento. Ci sono state almeno quattro dozzine di osservatori di raggi X inviati nello spazio da quando è stato inviato il primo in orbita libero, chiamato Osservatorio di Einstein. È stato lanciato nel 1978.
Tra gli osservatori di raggi X più noti ci sono il satellite Röntgen (ROSAT, lanciato nel 1990 e dismesso nel 1999), EXOSAT (lanciato dallo Spazio europeo Agenzia nel 1983, disattivata nel 1986), Rossi X-Ray Timing Explorer della NASA, XMM-Newton europeo, satellite giapponese Suzaku e radiografia Chandra Osservatorio. Chandra, chiamato per L'astrofisico indiano Subrahmanyan Chandrasekhar, è stato lanciato nel 1999 e continua a fornire viste ad alta risoluzione dell'universo dei raggi X.
La prossima generazione di telescopi a raggi X include NuSTAR (lanciato nel 2012 e tuttora operativo), Astrosat (lanciato dall'indiano Space Research Organisation), il satellite italiano AGILE (che sta per Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), lanciato in 2007. Altri stanno pianificando che continuerà lo sguardo dell'astronomia sul cosmo dei raggi X dall'orbita della Terra.