Der er et skjult univers derude - et, der udstråler i bølgelængder af lys, som mennesker ikke kan sanse. En af disse strålingstyper er røntgenspektrum. Røntgenstråler afgives af genstande og processer, der er ekstremt varme og energiske, såsom overophedede stråler af materiale i nærheden af sorte huller og eksplosion af en kæmpe stjerne kaldet en supernova. Tættere på hjemmet udsender vores egen sol røntgenstråler, som det gør kometer, når de støder på solvinden. Videnskaben med røntgenstråle astronomi undersøger disse objekter og processer og hjælper astronomer med at forstå, hvad der sker andetsteds i kosmos.
Røntgenkilder er spredt over hele universet. De varme ydre atmosfærer af stjerner er vidunderlige kilder til røntgenstråler, især når de blusser (som vores sol gør). Røntgenstråler er utroligt energiske og indeholder ledetråde til den magnetiske aktivitet i og omkring en stjernes overflade og lavere atmosfære. Energien indeholdt i disse fakler fortæller også astronomer noget om stjernens evolutionære aktivitet. Unge stjerner er også optaget af røntgenstråler, fordi de er meget mere aktive i deres tidlige stadier.
Når stjerner dør, især de mest massive, eksploderer de som supernovaer. Disse katastrofale begivenheder afgiver enorme mængder røntgenstråling, som giver ledetråde til de tunge elementer, der dannes under eksplosionen. Denne proces skaber elementer som guld og uran. De mest massive stjerner kan kollapse for at blive neutronstjerner (som også afgiver røntgenstråler) og sorte huller.
Røntgenstrålerne, der udsendes fra sorte hulregioner, kommer ikke fra selve singulariteterne. I stedet danner det materiale, der indsamles af det sorte huls stråling, en "akkretionsskive", der langsomt spinder materiale ind i det sorte hul. Når det drejer sig, dannes magnetfelter, der varmer materialet. Undertiden slipper materiale ud i form af en stråle, der er tragtet af magnetfelterne. Sorte hulstråler udsender også tunge mængder røntgenstråler, ligesom supermassive sorte huller i centrum af galakser.
Galaxy-klynger har ofte overophedede gasskyer i og omkring deres individuelle galakser. Hvis de bliver varme nok, kan disse skyer udsende røntgenstråler. Astronomer observerer disse regioner for bedre at forstå distributionen af gas i klynger såvel som begivenhederne, der opvarmer skyerne.
Røntgenobservationer af universet og fortolkningen af røntgendata udgør en relativt ung gren af astronomi. Da røntgenstråler i vid udstrækning absorberes af Jordens atmosfære, var det først, før forskere kunne sende klingende raketter og instrumentbelastede balloner højt i atmosfæren, at de kunne foretage detaljerede målinger af røntgenstrålen "lys" objekter. De første raketter gik op i 1949 ombord på en V-2-raket, der blev fanget fra Tyskland i slutningen af 2. verdenskrig. Det registrerede røntgenstråler fra solen.
Den bedste måde at studere røntgenobjekter på lang sigt er at bruge rumssatellitter. Disse instrumenter behøver ikke at bekæmpe virkningerne af Jordens atmosfære og kan koncentrere sig om deres mål i længere perioder end balloner og raketter. Detektorerne, der bruges i røntgenstråling, er konfigureret til at måle energien i røntgenemissionerne ved at tælle antallet af røntgenfotoner. Det giver astronomer en idé om den mængde energi, der udsendes af objektet eller begivenheden. Der har været mindst fire dusin røntgenobservatorier sendt til rummet siden den første fri kredsløb blev sendt, kaldet Einstein-observatoriet. Det blev lanceret i 1978.
Blandt de mest kendte røntgenobservatorier er Röntgen-satellitten (ROSAT, der blev lanceret i 1990 og nedlagt i 1999), EXOSAT (lanceret af det europæiske rum Agenturet i 1983, der blev afbrudt i 1986), NASAs Rossi-røntgendiming Explorer, den europæiske XMM-Newton, den japanske Suzaku-satellit og Chandra X-Ray Observatory. Chandra, opkaldt efter Den indiske astrofysiker Subrahmanyan Chandrasekhar, blev lanceret i 1999 og giver fortsat synspunkter i høj opløsning af røntgenuniverset.
Den næste generation af røntgen-teleskoper inkluderer NuSTAR (lanceret i 2012 og fungerer stadig), Astrosat (lanceret af indianeren Space Research Organization), den italienske AGILE-satellit (der står for Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), lanceret i 2007. Andre er i planlægning, som vil fortsætte astronomiens blik på røntgenkosmos fra nær Jordens bane.