隨著人類對宇宙探索的不斷深入，我們開始對各種天體的演化有了更多的了解，並對宇宙的組成有了清晰的輪廓，雖然這個看似熟悉的宇宙仍然充滿未知，但至少我們知道它的大部分物質是黑暗的，且無法通過目前的任何技術實現對它的直接觀測，構成行星和恆星的質子、中子和電子只是宇宙質量和能量的一小部分，科學家現在能做的就是用x射線來揭示宇宙的其餘黑暗部分，x射線天體物理學不僅幫助我們了解我們生活的宇宙，也是我們物理探索的重要組成部分，那麼，科學家如何利用x射線來觀察宇宙的不同部分和太陽系中的大物體呢？
x射線如何探測宇宙的黑暗部分，眾所周知，暗能量和暗物質是宇宙的兩大部分，也是黑暗宇宙的主要組成部分，在宇宙的所有物質組成中，雖然人類對它們的理解相對較小，但可以決定宇宙的最終命運，這主要是由兩種物質決定的，為了完全理解像暗物質和暗能量這樣的事件，暗物質通常把宇宙的黑暗部分聚集在一起，暗能量往往會把它驅散，我們需要所有可能對觀察有用的科學工具，在20世紀末，我們對宇宙的看法受到了很大的震動，因為大爆炸之後的宇宙加速膨脹，其擴張的速度並沒有隨著時間而減緩。
這種宇宙加速是暗能量的神秘形式，還是對重力缺乏了解？x射線天文學正在使用強大的技術來研究星系團，以解決這個困擾已久的難題，這些技術現在正在使用，將來還會提出許多其他更好的方法，宇宙中另一個重要的未知物質是暗物質，通過觀察宇宙中已知物質的引力效應，我們可以推斷出宇宙剩餘的85%是由不發光的物質組成的，這些物質的組成與恆星和行星完全不同，科學家可以用x射線來研究暗物質在各種環境中的影響，從而深入了解遍布宇宙的神秘物質的性質。
星系團是可見宇宙中一些最重要的結構，這些巨大的物體可以包含成千上萬個單獨的星系，它們被重力結合在一起，沉浸在巨大的熱氣雲中，被大量看不見的暗物質困住，在錢德拉等x光衛星的觀測可以收集不同溫度下熱氣的輻射，這比銀河系本身要大得多，由於星團自身的質量和大小，以及它豐富的暗物質儲備，它是研究整個宇宙性質的一個有價值的實驗室，例如，宇宙中最龐大的星團之一珀爾修斯集群，便是包含了數千個星系、質量相當於數萬億個太陽的一個巨大星系團，星系團的整個內部區域被聲波加熱，阻止氣體冷卻並高速產生恆星，並暗示恆星中心有一個相對較小但質量較大的黑洞，其控制範圍遠遠超出星系中氣體的加熱和冷卻。