Tur ir slēpts Visums - tāds, kas izstaro gaismas viļņu garumā, kuru cilvēki nevar sajust. Viens no šiem starojuma veidiem ir rentgena spektrs. Rentgena starus izstaro īpaši karsts un enerģisks priekšmets un procesi, piemēram, pārkarsētas strūklas materiāla tuvumā melnie caurumi un milzu zvaigznes, ko sauc par supernovu, eksplozija. Tuvāk mājām, tāpat kā mūsu pašu saule izstaro rentgena starus komētas, saskaroties ar saules vēju. Rentgenstaru astronomijas zinātne pēta šos objektus un procesus un palīdz astronomiem izprast citur kosmosā notiekošo.
Rentgenstaru avoti ir izkliedēti visā Visumā. Zvaigžņu karstā ārējā atmosfēra ir izcili rentgenstaru avoti, it īpaši, ja tie uzliesmo (kā to dara mūsu saule). Rentgena signālraķetes ir neticami enerģiskas un satur norādes uz magnētisko aktivitāti zvaigznes virspusē un apkārtējā atmosfērā. Šajos uzliesmojumos esošā enerģija arī astronomiem stāsta kaut ko par zvaigznes evolūcijas darbību. Jaunās zvaigznes ir arī aizņemtas rentgenstaru izstarotājas, jo agrīnā stadijā tās ir daudz aktīvākas.
Kad zvaigznes mirst, it īpaši vismasīvākās, tās eksplodē kā supernovas. Šie katastrofālie notikumi izdala milzīgu daudzumu rentgena starojuma, kas sniedz norādes uz smagajiem elementiem, kas veidojas sprādziena laikā. Šis process rada tādus elementus kā zelts un urāns. Masīvākās zvaigznes var sabrukt, kļūstot par neitronu zvaigznēm (kuras izdala arī rentgena starus) un melnajiem caurumiem.
Rentgenstari, kas izstaroti no melnā cauruma reģioniem, nenāk no pašu atšķirībām. Tā vietā materiāls, kurā iekļuvis melnā cauruma starojums, veido "uzkrāsojuma disku", kas materiālu lēnām vērpj melnajā caurumā. Kamēr tas griežas, tiek izveidoti magnētiskie lauki, kas silda materiālu. Dažreiz materiāls izplūst strūklas veidā, ko sakārto magnētiskie lauki. Melnā cauruma strūklas izstaro arī lielu daudzumu rentgena staru, tāpat kā supermasīvie melnie caurumi galaktiku centros.
Galaktiku kopās atsevišķās galaktikās un ap tām bieži ir pārkarsēti gāzes mākoņi. Ja tie kļūst pietiekami karsti, šie mākoņi var izstarot rentgena starus. Astronomi novēro šos reģionus, lai labāk izprastu gāzes sadalījumu kopās, kā arī notikumus, kas silda mākoņus.
Visuma rentgena novērojumi un rentgenstaru datu interpretācija veido salīdzinoši jaunu astronomijas nozari. Tā kā rentgena starus lielā mērā absorbē Zemes atmosfēra, tas bija tikai tad, kad zinātnieki varēja nosūtīt skaņas raķetes un ar gaisa spilveniem ar instrumentiem piekrauti, ar kuriem rentgenstaru detalizēti mērījumi varētu būt "spilgti" objekti. Pirmās raķetes pacēlās 1949. gadā uz V-2 raķetes, kas tika sagūstītas no Vācijas Otrā pasaules kara beigās. Tas atklāja rentgena starus no Saules.
Labākais veids, kā ilgtermiņā izpētīt rentgena objektus, ir kosmosa pavadoņu izmantošana. Šiem instrumentiem nav jācīnās ar Zemes atmosfēras iedarbību, un tie var koncentrēties uz mērķiem ilgāku laika periodu nekā baloni un raķetes. Detektori, ko izmanto rentgena astronomijā, ir konfigurēti, lai izmērītu rentgenstaru izstarojumu enerģiju, saskaitot rentgenstaru fotonu skaitu. Tas astronomiem sniedz priekšstatu par objekta vai notikuma izstaroto enerģijas daudzumu. Kopš pirmās brīvās riņķošanas orbītas nosūtīšanas, ko sauca par Einšteina observatoriju, ir nosūtīti vismaz četri desmiti rentgenstaru observatoriju. Tas tika atklāts 1978. gadā.
Starp pazīstamākajiem rentgenstaru observatorijām var minēt Röntgen Satellite (ROSAT, kas tika palaists 1990. gadā un ekspluatācijā pārtraukts 1999. gadā), EXOSAT (kuru izveidoja Eiropas Kosmoss). Aģentūra 1983. gadā, ekspluatācija tika pārtraukta 1986. gadā), NASA Rossi rentgenstaru laika noteikšanas pētnieks, Eiropas XMM-Newton, Japānas Suzaku satelīts un Chandra X-Ray Observatorija. Čandra, vārdā Indijas astrofiziķis Subrahmanyan Chandrasekhar, tika uzsākta 1999. gadā un turpina sniegt augstas izšķirtspējas skatus par rentgena Visumu.
Nākamās paaudzes rentgena teleskopos ietilpst NuSTAR (palaists 2012. gadā un joprojām darbojas), Astrosat (palaists Indijas Kosmosa pētījumu organizācija), Itālijas AGILE satelīts (kas apzīmē Astro-rivelatore Gamma ad Imagini Leggero), tika palaists 2007. Citi plāno, kas turpinās astronomijas skatienu uz rentgenstaru kosmosu no Zemes orbītas.