Vani je skriveni svemir - onaj koji zrači svjetlosnim duljinama koje ljudi ne mogu osjetiti. Jedna od tih vrsta zračenja je rendgenski spektar. X-zrake daju se predmeti i procesi koji su izrazito vrući i energični, poput pregrijanih mlaznica materijala u blizini Crne rupe i the eksplozija divovske zvijezde koja se zove supernova. Bliže kući, naše vlastito Sunce emitira rendgenske zrake, kao ni mi komete dok se susreću sa sunčevim vjetrom. Nauka o astronomiji rendgenskih zraka proučava ove predmete i procese i pomaže astronomima da razumiju što se događa drugdje u kozmosu.
Izvori rendgenskih zraka raspršeni su po svemiru. Vruće vanjske atmosfere zvijezda su sjajni izvori x-zraka, posebno kada oni plamte (kao što to radi i naše Sunce). Rendgenski zraci nevjerojatno su energični i sadrže tragove magnetske aktivnosti unutar i oko zvijezde površine i donje atmosfere. Energija sadržana u tim bljeskovima također astronomima govori nešto o evolucijskoj aktivnosti zvijezde. Mlade zvijezde također su zauzete odašiljačima rendgenskih zraka jer su u svojoj ranoj fazi mnogo aktivniji.
Kad zvijezde umiru, osobito one najmasovnije, eksplodiraju kao supernove. Ti katastrofalni događaji odaju ogromne količine rendgenskog zračenja, što daje tragove teškim elementima koji nastaju tijekom eksplozije. U tom se procesu stvaraju elementi poput zlata i urana. Najmasivnije zvijezde mogu se srušiti kako bi postale neutronske zvijezde (koje također ispuštaju x-zrake) i crne rupe.
X-zrake emitirane iz područja crne rupe ne potječu od samih singulariteta. Umjesto toga, materijal koji se skuplja radijacijom crne rupe formira "akrecijski disk" koji materijal polako okreće u crnu rupu. Dok se vrti, stvaraju se magnetska polja koja zagrijavaju materijal. Ponekad materijal bježi u obliku mlaza koji je usmjeren magnetskim poljem. Mlaznice crne rupe također emitiraju velike količine rendgenskih zraka, kao i supermasivne crne rupe u središtima galaksija.
Klasteri galaksija često imaju pregrijane plinske oblake u i oko svojih pojedinih galaksija. Ako se dovoljno zagrije, ti oblaci mogu emitirati rendgenske zrake. Astronomi promatraju te regije kako bi bolje razumjeli raspodjelu plina u grozdovima, kao i događaje koji zagrijavaju oblake.
Rendgenska promatranja svemira i interpretacija X-zraka sadrže relativno mladu granu astronomije. Budući da su zrake uglavnom apsorbirane od Zemljine atmosfere, znanstvenici nisu mogli poslati rakete i sonde baloni napunjeni instrumentom visoko u atmosferi da bi mogli napraviti detaljna mjerenja rendgenskih zraka "svijetlih" objekata. Prve rakete podigle su se 1949. godine na raketu V-2 zarobljene iz Njemačke na kraju Drugog svjetskog rata. Otkrila je rendgenske zrake sa Sunca.
Najbolji način za dugoročno proučavanje rendgenskih objekata je korištenje svemirskih satelita. Ti se instrumenti ne moraju boriti protiv utjecaja Zemljine atmosfere i mogu se koncentrirati na svoje ciljeve kroz dulje vremensko razdoblje od balona i raketa. Detektori koji se koriste u astronomiji rendgenskih zraka konfigurirani su za mjerenje energije zračenja rendgenskim zračenjem brojenjem broja fotona. To astronomima daje predstavu o količini energije koju emitira objekt ili događaj. U svemir je poslano najmanje četiri desetak rendgenskih opservatorija od prvog slanja u orbitu, pod nazivom Einstein Observatory. Pokrenuta je 1978. godine.
Među najpoznatijim rentgenskim opservatorijama su satelit Röntgen (ROSAT, lansiran 1990., a pušten iz promet 1999. godine), EXOSAT (pokrenut od strane Europskog svemira Agencija je 1983., puštena u rad 1986.), NASA-in Rossijev rendgenski istraživač vremena, europski XMM-Newton, japanski satelit Suzaku i rendgen Chandra Opservatorija. Chandra, imenovana za Indijski astrofizičar Subrahmanyan Chandrasekhar, lansiran je 1999. godine i nastavlja davati prikaze x-ray svemira visoke rezolucije.
Sljedeća generacija rendgenskih teleskopa uključuje NuSTAR (lansiran 2012. i još uvijek djeluje), Astrosat (pokrenut od strane Indijca Organizacija svemirskih istraživanja), talijanski satelit AGILE (koji stoji za Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), lansiran u 2007. Drugi su u planiranju koje će astronomski pogled nastaviti na x-zraka kosmosa sa zemaljske orbite.