Há um universo oculto por aí - um que irradia em comprimentos de onda de luz que os humanos não conseguem sentir. Um desses tipos de radiação é o espectro de raios-x. Os raios X são emitidos por objetos e processos extremamente quentes e energéticos, como jatos superaquecidos de material próximo buracos negros e a explosão de uma estrela gigante chamada supernova. Mais perto de casa, nosso próprio Sol emite raios-X, assim como cometas quando encontram o vento solar. A ciência da astronomia de raios-X examina esses objetos e processos e ajuda os astrônomos a entender o que está acontecendo em outras partes do cosmos.
As fontes de raios-X estão espalhadas por todo o universo. As atmosferas externas quentes das estrelas são fontes prodigiosas de raios-x, particularmente quando elas brilham (como o nosso Sol). Os raios X são incrivelmente energéticos e contêm pistas para a atividade magnética dentro e ao redor da superfície de uma estrela e da atmosfera mais baixa. A energia contida nessas labaredas também diz aos astrônomos algo sobre a atividade evolutiva da estrela. As estrelas jovens também são emissoras ocupadas de raios-x, porque são muito mais ativas em seus estágios iniciais.
Quando as estrelas morrem, particularmente as mais massivas, elas explodem como supernovas. Esses eventos catastróficos liberam grandes quantidades de radiação de raios-x, que fornecem pistas para os elementos pesados que se formam durante a explosão. Esse processo cria elementos como ouro e urânio. As estrelas mais massivas podem entrar em colapso e se tornar estrelas de nêutrons (que também emitem raios-x) e buracos negros.
Os raios X emitidos pelas regiões dos buracos negros não provêm das singularidades. Em vez disso, o material que é coletado pela radiação do buraco negro forma um "disco de acreção" que gira o material lentamente para dentro do buraco negro. Enquanto gira, são criados campos magnéticos que aquecem o material. Às vezes, o material escapa na forma de um jato que é canalizado pelos campos magnéticos. Os jatos de buraco negro também emitem grandes quantidades de raios-x, assim como os buracos negros supermassivos no centro das galáxias.
Os aglomerados de galáxias geralmente têm nuvens de gás superaquecidas dentro e ao redor de suas galáxias individuais. Se ficarem quentes o suficiente, essas nuvens podem emitir raios-x. Os astrônomos observam essas regiões para entender melhor a distribuição de gás nos aglomerados, bem como os eventos que aquecem as nuvens.
As observações de raios-X do universo e a interpretação dos dados de raios-X compreendem um ramo relativamente jovem da astronomia. Como os raios X são amplamente absorvidos pela atmosfera da Terra, não foi até os cientistas poderem enviar foguetes e balões carregados de instrumentos no alto da atmosfera que eles poderiam fazer medições detalhadas do raio-x "brilhante" objetos. Os primeiros foguetes foram lançados em 1949 a bordo de um foguete V-2 capturado da Alemanha no final da Segunda Guerra Mundial. Ele detectou raios-x do sol.
A melhor maneira de estudar objetos de raios-X a longo prazo é usar satélites espaciais. Esses instrumentos não precisam combater os efeitos da atmosfera da Terra e podem se concentrar em seus alvos por períodos mais longos do que balões e foguetes. Os detectores usados na astronomia de raios-x são configurados para medir a energia das emissões de raios-x contando o número de fótons de raios-x. Isso dá aos astrônomos uma idéia da quantidade de energia emitida pelo objeto ou evento. Havia pelo menos quatro dúzias de observatórios de raios-X enviados para o espaço desde o primeiro envio de órbita livre, chamado Observatório Einstein. Foi lançado em 1978.
Entre os observatórios de raios-X mais conhecidos estão o Satélite Röntgen (ROSAT, lançado em 1990 e desativado em 1999), EXOSAT (lançado pelo European Space Agência em 1983, desativada em 1986), o Rossi X-ray Timing Explorer da NASA, o XMM-Newton europeu, o satélite japonês Suzaku e o raio-x Chandra Observatório. Chandra, em homenagem a Astrofísico indiano Subrahmanyan Chandrasekhar, foi lançado em 1999 e continua a fornecer visualizações de alta resolução do universo de raios-x.
A próxima geração de telescópios de raios-x inclui o NuSTAR (lançado em 2012 e ainda em operação), o Astrosat (lançado pelo indiano Space Research Organization), o satélite italiano AGILE (que significa Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), lançado em 2007. Outros estão planejando continuar a observação da astronomia no cosmos de raios-x da órbita próxima à Terra.