利用天体在0.01～100埃的电磁辐射来研究天文现象的学科。由于地球大气对X-射线的吸收极为严重，因此只能用探空火箭或卫星搭载仪器进行观测。著名的X-射线观测卫星有自由号（1971年发射做全天探测共得340个源），爱因斯坦号（1978年发射，灵敏度和角分辨本领均高了一个量级4809个源），EXOSAT(欧洲X-射线天文台卫星，1983年发射)，ROSAT（伦琴号卫星，1990年6月1日发射，工作于0.1-3电子伏特，发现了60,000多个X-射线源，其中25000多个活动星系核，20000多个恒星，5000多个星系团）。高级X-射线天体物理设备（AXAF现改名为钱德拉卫星，1999年发射）、宇宙学和天体物理学高级卫星（飞鸟号，1993年2月20日发射）以及日本人发射的白鸟号和阳光号卫星等。卫星上搭载的仪器为掠射式望远镜和高能探测器。
早期研究集中于太阳，弄清了它的.宁静成分、缓变成分和突变成分三种辐射成分。后来逐步扩大到各类天体。既有点源也有面源；既有X-射线星也有X-射线星系和星云。X-射线星中最重要的一类为激变双星。它的一个子星为密度极高的恒星僵尸，贪婪地吸积着胖大哥流出等位面的物质并在自身周围形成一个吸积盘。在盘上的某些地方出现热斑并产生热核反应而辐射X-射线。弥漫X-射线星云多为超新星遗迹。X-射线星系多为活动星系核，它们也是吸积过程的产物。星系团也有很强的X-射线辐射。或者源于弥漫星际介质，或者是孤立点源。与团成员的种类和内涵有关。
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