miniaturadeimagen|290x290px|Los rayos X comienzan en ~0,008 nm y se extienden a lo largo del espectro electromagnético hasta ~8 nm, sobre el cual la atmósfera terrestre es opaca. La astronomía de rayos X es una rama observacional de la astronomía que se ocupa del estudio de la observación y detección de rayos X procedentes de objetos astronómicos. La radiación X es absorbida por la atmósfera terrestre, por lo que los instrumentos para detectar rayos X deben llevarse a gran altitud mediante globos, cohetes sonda y satélites. La astronomía de rayos X utiliza un tipo de telescopio espacial que puede ver la radiación de rayos X que los telescopios ópticos estándar, como los observatorios de Mauna Kea, no pueden ver.thumb|250px|Corte del telescopio Wolter.Se espera que los objetos astronómicos que contienen gases extremadamente calientes, con temperaturas que oscilan entre un millón de kelvin (K) y cientos de millones de kelvin (MK), emitan rayos X. Además, el mantenimiento de la capa E de gas ionizado en la termosfera de la Tierra también sugería una fuerte fuente extraterrestre de rayos X. Aunque la teoría predecía que el Sol y las estrellas serían fuentes prominentes de rayos X, no había forma de verificarlo porque la atmósfera terrestre bloquea la mayoría de los rayos X extraterrestres. No fue hasta que se desarrollaron formas de enviar paquetes de instrumentos a grandes altitudes que se pudieron estudiar estas fuentes de rayos X.
La existencia de rayos X solares fue confirmada a mediados del mediante cohetes sonda V-2 reconvertidos, y la detección de rayos X extraterrestres ha sido la misión principal o secundaria de múltiples satélites desde 1958. La primera fuente cósmica (más allá del sistema solar) de rayos X fue descubierta por un cohete sonda en 1962. Denominada Scorpius X-1 (Sco X-1) (la primera fuente de rayos X encontrada en la constelación de Escorpio), la emisión de rayos X de Scorpius X-1 es 10 000 veces mayor que su emisión visual, mientras que la del Sol es aproximadamente un millón de veces menor. Además, la energía emitida en rayos X es 100 000 veces mayor que la emisión total del Sol en todas las longitudes de onda.
Desde entonces se han descubierto muchos miles de fuentes de rayos X. Además, el espacio intergaláctico en los cúmulos de galaxias está lleno de un gas caliente, pero muy diluido, a una temperatura entre 100 y 1000 megakelvin (MK). La cantidad total de gas caliente es de cinco a diez veces la masa total de las galaxias visibles.
Historia de la astronomía de rayos X miniaturadeimagen|280x280px|Los científicos del NRL J. D. Purcell, C. Y. Johnson y el Dr. F. S. Johnson se encuentran entre los encargados de recuperar los instrumentos de un V-2 utilizado para la investigación de la atmósfera superior sobre el desierto de Nuevo México. Se trata del V-2 número 54, lanzado el 18 de enero de 1951 (foto del Dr. Richard Tousey, NRL). En 1927, E.O. Hulburt, del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos, y sus colaboradores Gregory Breit y Merle A. Tuve, de la Institución Carnegie de Washington, exploraron la posibilidad de equipar los cohetes de Robert H. Goddard para explorar la atmósfera superior. «Dos años más tarde, propuso un programa experimental en el que se equiparía un cohete con instrumentos para explorar la atmósfera superior, incluida la detección de radiación ultravioleta y rayos X a gran altitud».
A finales de la década de 1930, se dedujo indirectamente la presencia de un gas muy caliente y tenue que rodeaba al Sol a partir de las líneas coronales ópticas de especies altamente ionizadas. Se sabe que el Sol está rodeado por una corona caliente y tenue. A mediados de la década de 1940, las observaciones radioeléctricas revelaron una corona radioeléctrica alrededor del Sol.
El inicio de la búsqueda de fuentes de rayos X desde fuera de la atmósfera terrestre tuvo lugar el 5 de agosto de 1948 a las 12:07 GMT. Se lanzó un cohete V-2 del ejército estadounidense (antes alemán) como parte del Proyecto Hermes desde el campo de pruebas de White Sands. Los primeros rayos X solares fueron registrados por T. Burnight.
A lo largo de las décadas de 1960, 1970, 1980 y 1990, la sensibilidad de los detectores aumentó considerablemente durante los 60 años de astronomía de rayos X. Además, la capacidad de enfocar los rayos X se ha desarrollado enormemente, lo que ha permitido la producción de imágenes de alta calidad de muchos objetos celestes fascinantes.
Vuelos de cohetes sonda
Los primeros vuelos de cohetes sonda para la investigación de rayos X se realizaron en la base de misiles de White Sands, en Nuevo México, con un cohete V-2 el 28 de enero de 1949. Se colocó un detector en la sección del cono de la nariz y el cohete se lanzó en un vuelo suborbital a una altitud justo por encima de la atmósfera. Los rayos X del Sol fueron detectados por el experimento Blossom del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos a bordo.
Un cohete Aerobee 150 lanzado el 19 de junio de 1962 (UTC) detectó los primeros rayos X emitidos desde una fuente fuera del sistema solar (Scorpius X-1). Ahora se sabe que fuentes de rayos X como Sco X-1 son estrellas compactas, como estrellas de neutrones o agujeros negros. El material que cae en un agujero negro puede emitir rayos X, pero el agujero negro en sí mismo no lo hace. La fuente de energía para la emisión de rayos X es la gravedad. El gas y el polvo que caen se calientan por los fuertes campos gravitacionales de estos y otros objetos celestes. Basándose en los descubrimientos en este nuevo campo de la astronomía de rayos X, comenzando con Scorpius X-1, Riccardo Giacconi recibió el Premio Nobel de Física en 2002.
El mayor inconveniente de los vuelos espaciales es su corta duración (solo unos minutos sobre la atmósfera antes de que el cohete vuelva a caer a la Tierra) y su campo de visión limitado. Un cohete lanzado desde Estados Unidos no podrá ver fuentes en el cielo austral; un cohete lanzado desde Australia no podrá ver fuentes en el cielo boreal.
Proyecto del calorímetro cuántico de rayos X (XQC) miniaturadeimagen|El lanzamiento del microcalorímetro Black Brant 8 (XQC-2) a principios de siglo forma parte de la iniciativa conjunta de la Universidad de Wisconsin-Madison y el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA conocida como el proyecto X-ray Quantum Calorimeter (XQC). En astronomía, el medio interestelar (o ISM) es el gas y el polvo cósmico que impregna el espacio interestelar: la materia que existe entre los sistemas estelares dentro de una galaxia. Llena el espacio interestelar y se mezcla suavemente con el medio intergaláctico circundante. El medio interestelar consiste en una mezcla extremadamente diluida (según los estándares terrestres) de ionenes, átomos, moléculas, granos de polvo más grandes, rayos cósmicos y campos magnéticos (galácticos). La energía que ocupa el mismo volumen, en forma de radiación electromagnética, es el campo de radiación interestelar.
Es interesante el medio ionizado caliente (HIM), que consiste en una nube coronal expulsada de la superficie de las estrellas a 106-107 K que emite rayos X. El ISM es turbulento y está lleno de estructuras en todas las escalas espaciales. Las estrellas nacen en el interior de grandes complejos de nubes moleculares, que suelen tener un tamaño de unos pocos parsecs. Durante su vida y su muerte, las estrellas interactúan físicamente con el ISM. Los vientos estelares de los cúmulos jóvenes de estrellas (a menudo rodeados de regiones HII gigantes o supergigantes) y las ondas de choque creadas por las supernovas inyectan enormes cantidades de energía en su entorno, lo que da lugar a turbulencias hipersónicas. Las estructuras resultantes son burbujas de viento estelar y superburbujas de gas caliente. El Sol se encuentra actualmente atravesando la Nube Interstellar Local, una región más densa dentro de la Burbuja Local de baja densidad.
Para medir el espectro de la emisión difusa de rayos X del medio interestelar en el rango de energía de 0,07 a 1 keV, la NASA lanzó un Black Brant 9 desde la base de misiles de White Sands, en Nuevo México, el 1 de mayo de 2008. El investigador principal de la misión es el Dr. Dan McCammon, de la Universidad de Wisconsin-Madison.
Globos Los vuelos en globo pueden transportar instrumentos a altitudes de hasta 40 km sobre el nivel del mar, donde se encuentran por encima del 99,997 % de la atmósfera terrestre. A diferencia de los cohetes, que recopilan datos durante unos breves minutos, los globos pueden permanecer en el aire durante mucho más tiempo. Sin embargo, incluso a esas altitudes, gran parte del espectro de rayos X sigue siendo absorbido. Los rayos X con energías inferiores a 35 keV (5600 aJ) no pueden alcanzar los globos. El 21 de julio de 1964, se descubrió que los restos de la supernova de la Nebulosa del Cangrejo eran una fuente de rayos X duros (15-60 keV) gracias a un contador de centelleo lanzado en un globo desde Palestine, Texas, Estados Unidos. Probablemente fue la primera detección de rayos X procedentes de una fuente cósmica discreta realizada desde un globo.
Telescopio de alta energía con enfoque miniaturadeimagen|290x290px|La Nebulosa del Cangrejo es el remanente de una estrella que explotó. Esta imagen muestra la Nebulosa del Cangrejo en varias bandas de energía, incluida una imagen de rayos X duros a partir de los datos HEFT obtenidos durante su campaña de observación de 2005. Cada imagen tiene 6′ de ancho. El telescopio de enfoque de alta energía (HEFT) es un experimento transportado en globo para obtener imágenes de fuentes astrofísicas en la banda de rayos X duros (20-100 keV). Su vuelo inaugural tuvo lugar en mayo de 2005 desde Fort Sumner, Nuevo México, EE. UU. La resolución angular del HEFT es de aproximadamente 1,5'. En lugar de utilizar un telescopio de rayos X de ángulo rasante, el HEFT utiliza un novedoso recubrimiento multicapa de tungsteno y silicio para ampliar la reflectividad de los espejos de incidencia rasante anidados más allá de los 10 keV. El HEFT tiene una resolución energética de 1,0 keV de ancho total a la mitad del máximo a 60 keV. El HEFT se lanzó para un vuelo en globo de 25 horas en mayo de 2005. El instrumento funcionó según las especificaciones y observó Tau X-1, la Nebulosa del Cangrejo.
Espectrómetro de rayos gamma y rayos X duros de alta resolución (HIREGS) Un experimento realizado con un globo aerostático denominado «Espectrómetro de rayos gamma y rayos X duros de alta resolución» (HIREGS) observó las emisiones de rayos X y rayos gamma del Sol y otros objetos astronómicos. Se lanzó desde la estación McMurdo, en la Antártida, en diciembre de 1991 y 1992. Los vientos constantes llevaron al globo en un vuelo circumpolar que duró aproximadamente dos semanas cada vez.
Rockoon
miniaturadeimagen|Rockoon Navy Deacon fotografiado justo después de su lanzamiento desde un barco en julio de 1956. El rockoon, una mezcla de cohete y globo, era un cohete de combustible sólido que, en lugar de encenderse inmediatamente mientras estaba en tierra, primero era transportado a la atmósfera superior por un globo lleno de gas. Luego, una vez separado del globo en su altura máxima, el cohete se encendía automáticamente. De esta manera se alcanzaba una mayor altitud, ya que el cohete no tenía que atravesar las capas de aire más densas de la atmósfera inferior, lo que habría requerido mucho más combustible químico.
El concepto original de «rockoons» fue desarrollado por el comandante Lee Lewis, el comandante G. Halvorson, S. F. Singer y James A. Van Allen durante el crucero de lanzamiento del cohete Aerobee del USS Norton Sound el 1 de marzo de 1949.
Entre el 17 y el 27 de julio de 1956, el Laboratorio de Investigación Naval (NRL) lanzó desde un barco ocho rockoons Deacon para realizar observaciones de los rayos ultravioleta y los rayos X del sol a ~30° N ~121,6° O, al suroeste de la isla de San Clemente, con un apogeo de 120 km.