X射线 始于 ~0.008 nm，并跨越电磁波谱 延伸至 ~8 nm，在该范围内地球大气层 是不透明 的。X射线天文学 是以天体的X射线 辐射为主要研究手段的天文学 分支。X射线天文学中常以电子伏特 （eV ）表示光子 的能量，观测对象为0.1keV到100keV的X射线。其中又将0.1keV-10keV的X射线称为软X射线，10keV-100keV称为硬X射线。由于X射线 属于电磁波谱 的高能端，因此X射线天文学与伽玛射线天文学 同称为高能天体物理学 。
宇宙中辐射X射线的天体包括X射线双星 、脉冲星 、伽玛射线暴 、超新星遗迹 、活动星系核 、太阳活动区 ，以及星系团 周围的高温气体等等。由于地球大气层 对于X射线是不透明的，只能在高空或者大气层以外观测天体的X射线辐射，因此空间天文卫星 是X射线天文学的主要工具。
1949年9月，美國海軍研究實驗室 （NRL ）的研究人员在新墨西哥州 的白沙导弹靶場 ，使用德国V-2火箭 搭载的盖革计数器 ，首次观测到了太阳日冕 发出的X射线[ 1] 耀斑 发出的X射线。由于月亮 反射太阳的光，人们推测月亮也会发出微弱的X射线荧光。1962年6月18日，美籍意大利裔天文学家里卡尔多·贾科尼 等人利用Aerobee探空火箭升至150公里的高空，在X射线波段开始了全天范围内的扫描。火箭上带有三个盖革计数器，利用X射线穿透的窗口厚度不同，可以记录下光子的能量，同时利用火箭自身的旋转确定X射线源的方向。这次试验原本是想观测月亮的X射线辐射，但是这个目的没有实现，却在火箭滞空的6分钟里，在距离月亮大约25度的地方，意外地发现了一个很强的X射线源 ，因为位于天蝎座 ，命名为天蝎座X-1 。后来证实为来自银河系 中心的X射线辐射。天蝎座X-1是人类发现的除太阳以外的第一个宇宙X射线源。这次观测被认为是X射线天文学的开端。贾科尼也因他开创性的贡献获得2002年的诺贝尔物理学奖 。
气体探测器 是X射线天文学上广泛使用的观测设备。它在密闭容器中充有数个大气压的以惰性气体为主的混合气体，中间有一根或多根阳极丝，并在周围加高压电场。它可以用来计数单个X射线光子，并将计数率转换成流量。一般有一根阳极丝的这类探测器称为正比计数器 ，有多根阳极丝的称为多丝正比室 。早期X射线天文卫星多装有这类探测器，用卫星本身的旋转来确定X射线源的方向。
半导体探测器 以半导体作为探测设备，当X射线入射到探测器上，就会产生一个电子空穴对。其特点是能量分辨率和探测效率较高，但是不能做得很大。随着现代技术的发展，CCD ASCA卫星 是首个应用CCD设备进行X射线成像的天文卫星。闪烁探测器 通过荧光的方式探测X射线或者带电粒子，主要由闪烁体、光电倍增管 等组成。常见的闪烁体有NaI NaI 探测器。
微通道板探测器 （MCP ）原理如同多个微型光电倍增管，在金属薄板上打出多个小孔，用类似CCD 的排列方式获得入射X射线光子的能量、位置等信息。伦琴卫星 （ROSAT ）采用了这种探测器[ 2]
由于X射线照射普通物质时会穿透或吸收，不能像可见光一样发生反射和折射，人们发明了掠射式望远镜 ，让X射线以近乎平行的角度照射在金属板上发生反射，从而聚焦成像，用这个原理制造的望远镜称为掠射式望远镜，主要用于软X射线的成像。1963年贾科尼在探空火箭上安装了第一个能成像的X射线探测器。1970年代早期美国的天空实验室 上搭载了掠射式望远镜，用于拍摄太阳。爱因斯坦卫星 是首个应用大型掠射式望远镜的X射线天文卫星。目前大部分X射线天文卫星上都安装了掠射式望远镜，口径和分辨率都在不断提高。
对于硬X射线，掠射式方法不再有效，通常采取调制型成像技术，用硬件方法实现X射线源的时间或空间上的调制，而后用软件方法解调得到信息。常用的有编码孔成像，采用此技术的有欧洲的国际伽玛射线天体物理实验室 （INTEGRAL ）等。
1999年发射的钱德拉X射线天文台 . X射线天文学的兴起得益于20世纪70年代空间天文技术的快速进步。1960年代末，人们利用火箭和气球已经确定了大约30个左右的X射线源，包括椭圆星系 M87 蟹状星云脉冲星 等。在贾科尼的领导下，1970年12月，美国在肯尼亚 发射了人类历史上第一颗X射线天文卫星 ——乌呼鲁卫星 。该卫星在轨期间进行了系统的X射线巡天，确定了339个X射线源，发现了许多银河系中的X射线双星、来自遥远星系团的X射线，以及第一个黑洞候选天体——天鹅座X-1 。并于1977年公布了包括231个X射线源的乌呼鲁X射线源表（4U ）。
继乌呼鲁卫星之后，1970年至1980年代，代各国相继发射了一系列X射线天文卫星，包括英国的羚羊5号 、荷兰天文卫星 、美国的小型天文卫星3号 、高能天文台1号 和高能天文台2号（又名爱因斯坦卫星 ）、欧洲的X射线天文卫星 （EXOSAT ）、日本的银河卫星 等。美国的天空实验室 上也安装了X射线望远镜用于观测太阳。其中，1978年发射的爱因斯坦卫星首次采用了大型掠射式X射线望远镜，能够对X射线源进行成像，是1970年代取得成果最多的X射线卫星。
20世纪90年代，意大利和荷兰共同研制的BeppoSAX卫星 发现了伽玛射线暴的X射线余辉。德国、美国、英国联合研制的伦琴卫星 （ROSAT ）在软X射线波段进行了首次巡天观测，在9年时间里新发现了7万多个X射线源，使X射线源的总数达到了12万个。1993年日本发射的ASCA卫星 则首先将CCD 设备用于X射线成像。美国的罗西X射线时变探测器 （RXTE ）虽然不能成像，但是能够探测X射线源的快速光变。1999年，两颗重要的X射线天文卫星——美国的钱德拉X射线天文台 和欧洲的XMM-牛顿卫星 先后发射升空。后者具有极高的谱分辨率，而前者兼具了非常高的空间分辨率（0.5角秒）和谱分辨率，它们是21世纪初X射线天文学主要的观测设备，开启了X射线天文学的新时代，取得了一大批重要的研究成果。除此之外，1990年代升空的X射线望远镜还有俄罗斯发射的探测高能X射线的伽马1 卫星、日本发射的用于观测太阳耀斑的阳光卫星 等。
截至2006年，正在工作的X射线天文卫星有欧洲的XMM-牛顿卫星、美国的罗西X射线时变探测器、钱德拉X射线天文台、日本的朱雀卫星 。此外，欧洲的国际伽玛射线天体物理实验室 （INTEGRAL ）、美国用于观测伽玛射线暴 的雨燕卫星 （Swift ）、日本用于观测太阳的日出卫星 也安装有X射线观测设备。
到了20世纪90年代，人们已知的X射线源数量已达到约二十万[ 3] 星座 名和发现顺序命名，如天蝎座X-1 ，半人马座X-3 等。这些X射线源通常需要证认其光学波段的对应体。目前已经知道的银河系以内的X射线源包括恒星的冕层和星风、超新星遗迹、致密星 、X射线双星等等。类似的X射线源在大 、小麦哲伦云 等邻近星系中也有发现。活动星系核以及更大尺度的星系团也是X射线源。太阳系以内的X射线源包括太阳、月球、行星 、彗星 等，它们的X射线辐射主要来自于反射太阳的X射线产生的荧光 。较强的宇宙X射线源在银道面附近比较集中。此外，天空中还弥漫着X射线背景辐射。
钱德拉X射线望远镜拍摄的银河系中心区域X射线图像 天体的X射线辐射主要来自核聚变 、激波 、以及吸积 造成的引力能释放等过程，常见的辐射机制有热辐射 、轫致辐射 、同步辐射 、逆康普顿散射 。其中，高温气体和高能电子扮演了重要角色。热辐射的温度要达到106 K量级才可以显著地发出X射线辐射，高能电子在各种非热辐射中是不可缺少的，这些过程涉及到物理学中的很多基本问题。而宇宙天体当中提供了地面实验难以达到的各种极端环境，如高温、高密、大尺度、强磁场，X射线天文学能够和物理学互为基础、相互促进。
阳光卫星拍摄的软X射线波段太阳照片，显示出北极附近区域巨大的冕洞。 在地球上看，太阳 是天空中最强的X射线源，并且其辐射强度随太阳活动剧烈程度的不同而差异很大[ 4] 日冕 发射的。在软X射线照片上，太阳表面表现出一个巨大的、X射线辐射明显偏低的区域，称为冕洞 ，被认为是太阳风 的来源。太阳耀斑 是太阳系内能量最高的爆发现象，其中X射线波段的爆发称为X射线耀斑。耀斑的高能X射线被认为产生于非热电子的轫致辐射过程。
X射线双星 是一类发出明亮X射线辐射的双星，双星系统中有一颗为致密星，通常为中子星 或黑洞 。根据伴星的质量，X射线双星大体上可以分为高质量X射线双星和低质量X射线双星两类，它们有各自不同的产能机制。最早确认的X射线双星是半人马座X-3 [ 5] 武仙座X-1 [ 6] 36 -1038 erg/s[ 7] X射线暴 等非常剧烈的爆发现象。
活动星系核 是X射线天文学的重要研究对象，它们是一类高光度的天体，辐射功率可达1043 -1047 erg/s，其中约一半左右是X射线辐射。人们普遍认为活动星系核的产能机制来源于黑洞 及其吸积盘 的物理过程。X射线光谱中铁 元素能量为6.4keV的Kα发射线是研究黑洞、吸积盘的有力工具。由于黑洞附近强引力场的相对论效应 ，Kα线往往变得宽而倾斜，同时发生较大的多普勒位移 ，根据铁的Kα线的位置、轮廓等信息可以推断出黑洞周围的极端物理状况。
星系团 中含有大量的星系际气体，其质量往往可以达到星系团可见物质总质量的3-5倍[ 8] 势阱 的束缚，这些气体能够长期稳定存在，并被压缩到很高的温度（可达108 K），从而发出明亮的X射线辐射，这使得星系团的X射线辐射功率可以达到1043 -1045 erg/s，是宇宙中最强的X射线源之一。由于星系团中的暗物质 往往是与高温气体共存的，所以X射线天文学的研究可以导出暗物质的性质。
目前，X射线天文学的主要研究课题包括X射线双星 、X射线脉冲星 、超新星遗迹 、致密星 、伽玛射线暴 的X射线余辉、太阳 的高能过程、黑洞 、活动星系核 、星系团 中的气体与暗物质、宇宙X射线背景辐射 等等。20世纪40年代以来，X射线天文学已经从简单的X射线源观测转向X射线光谱学的精细研究。高分辨率的X射线光谱首先由爱因斯坦卫星上的光谱仪获得，如今，钱德拉X射线望远镜和XMM-牛顿卫星使得天文学家们能够证认出特征谱线。而空间X射线卫星已经获得了不亚于地面大型光学望远镜的空间分辨本领，同时，数据处理水平也在快速提高，这些都令X射线天文学已经成为天文学中观测资料最丰富、研究最活跃的领域之一。
^ [Major Milestones In X-ray Astronomy, by WKT [2007-03-09 ] . （原始内容 存档于2022-02-11）. Major Milestones In X-ray Astronomy, by WKT ]
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