Siellä on piilotettu maailmankaikkeus - yksi, joka säteilee valon aallonpituuksilla, joita ihmiset eivät voi aistia. Yksi näistä säteilytyypeistä on röntgenspektri. Röntgensäteitä luovuttavat kohteet ja prosessit, jotka ovat erittäin kuumia ja energisiä, kuten ylikuumennetut materiaalisuihkut lähellä mustat aukot ja räjähdys supernoovaksi kutsuttu jättiläinen tähti. Lähempänä kotia, oma aurinko säteilee röntgenkuvia, samoin komeettoja kohdatessaan aurinkotuulta. Röntgenastronomian tiede tutkii näitä esineitä ja prosesseja ja auttaa tähtitieteilijöitä ymmärtämään, mitä muualla kosmossa tapahtuu.
Röntgenlähteet ovat hajallaan ympäri maailmankaikkeutta. Tähtien kuumat ulkoilmakehot ovat upeita röntgenlähteitä, etenkin silloin, kun ne leimahtavat (kuten aurinkomme tekee). Röntgensäteen soihdut ovat uskomattoman energisiä ja sisältävät johtolankoja magneettiseen aktiivisuuteen tähtipinnassa ja sen ympäristössä sekä alakehässä. Näiden soihdutusten sisältämä energia kertoo myös tähtitieteilijöille jotain tähden evoluutioaktiivisuudesta. Nuoret tähdet ovat myös kiireisiä röntgenkuvien lähettäjiä, koska he ovat paljon aktiivisempia varhaisvaiheessaan.
Kun tähdet, etenkin massiivisimmat, kuolevat, ne räjähtää supernoovina. Nämä katastrofaaliset tapahtumat antavat valtavia määriä röntgensäteilyä, joka antaa johtolankoja räjähdyksen aikana muodostuville raskaille elementeille. Tämä prosessi luo elementtejä, kuten kultaa ja uraania. Massiivisimmista tähteä voi romahtaa neutronitähteiksi (jotka myös lähettävät röntgenkuvat) ja mustiksi reikiksi.
Mustien aukkojen alueiden lähettämät röntgensäteet eivät ole peräisin itseään. Sen sijaan materiaali, jonka mustan aukon säteily on kerännyt, muodostaa "lisääntymislevyn", joka pyörittää materiaalia hitaasti mustaan reikään. Pyöriessään syntyy magneettikenttiä, jotka kuumentavat materiaalia. Joskus materiaali karkaa suihkun muodossa, jonka kanavoivat magneettikentät. Mustareiän suihkut myös säteilevät suuria määriä röntgenkuvia, samoin kuin supermassiiviset mustat aukot galaksien keskuksissa.
Galaksi-klustereissa on usein ylikuumentuneita kaasupilviä yksittäisissä galakseissaan ja niiden ympäristössä. Jos ne kuumenevat tarpeeksi, nuo pilvet voivat säteillä röntgenkuvia. Tähtitieteilijät tarkkailevat näitä alueita ymmärtämään paremmin kaasun jakautumista klustereissa sekä pilviä lämmittäviä tapahtumia.
Universumin röntgenhavainnot ja röntgendatan tulkinta ovat suhteellisen nuori tähtitieteen haara. Koska röntgenkuvat absorboivat suurelta osin maan ilmakehän, vasta tutkijat pystyivät lähettämään kuulostavat raketit ja instrumenttikuormitetut ilmapallot korkeassa ilmakehässä, jotta ne voisivat tehdä röntgenkuvauksen yksityiskohtaisia "kirkkaita" esineet. Ensimmäiset raketit nousivat vuonna 1949 V-2-rakettiin, joka tarttui Saksasta toisen maailmansodan lopussa. Se havaitsi röntgenkuvat auringosta.
Paras tapa tutkia röntgenobjekteja pitkällä aikavälillä on käyttää avaruussatelliitteja. Näiden instrumenttien ei tarvitse taistella maapallon ilmakehän vaikutuksia ja ne voivat keskittyä tavoitteisiinsa pidempään aikaan kuin ilmapalloja ja raketteja. Röntgentähdistössä käytetyt ilmaisimet on konfiguroitu mittaamaan röntgensäteilyn energiaa laskemalla röntgenfotonien lukumäärä. Se antaa tähtitieteilijöille kuvan objektin tai tapahtuman lähettämästä energian määrästä. Avaruuteen on lähetetty ainakin neljä tusinaa röntgen observatorioa ensimmäisen vapaasti kiertävän, nimeltään Einsteinin observatorion lähettämisen jälkeen. Se lanseerattiin vuonna 1978.
Tunnetuimpia röntgen observatorioita ovat Röntgen-satelliitti (ROSAT, käynnistetty vuonna 1990 ja käytöstä poistettu vuonna 1999), EXOSAT (käynnistänyt Euroopan avaruusalue) Agentti vuonna 1983, käytöstä poistettu vuonna 1986), NASA: n Rossi-röntgen-ajoituksen tutkija, eurooppalainen XMM-Newton, japanilainen Suzaku-satelliitti ja Chandra-röntgen Observatorio. Chandra, nimeltään Intialainen astrofyysikko Subrahmanyan Chandrasekhar, käynnistettiin vuonna 1999 ja tarjoaa edelleen korkean resoluution näkymiä röntgenuniversumista.
Seuraavan sukupolven röntgen-kaukoputket sisältävät NuSTARin (käynnistettiin vuonna 2012 ja se toimii edelleen), Astrosatin (käynnistänyt intialainen Avaruustutkimusjärjestö), Italian AGILE-satelliitti (joka tarkoittaa Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), lanseerattu 2007. Toiset suunnittelevat, jotka jatkavat tähtitieteen katselua röntgenkosmosmiin maanläheisellä kiertoradalla.