در سال 1895 یک فیزیکدان آلمانی به نام ویلهِلم روئنتگن شکل جدیدی از پرتو را کشف نمود .وی آن را اشعه‌ی ایکس نامید که برناشناخته بودن آن تاکید ورزد.این پرتوی اسرار آمیز قابلیت عبور از بسیاری مواد که نور مرئی را جذب می کنند٬ داشت. همچنین اشعه‌ی ایکس قدرت جداسازی الکترون های آزاد اتم را دارد. بیش از سال ها٬ این خصوصیات استثنایی٬ اشعه‌ی ایکس را در بسیاری از زمینه ها مانند پزشکی و تحقیقات در مورد طبیعت اتم مؤثر ساخت. سرانجام اشعه‌ی ایکس به عنوان شکل دیگری از نور معرفی شد .
نور٬ حاصل از جهش ها ٬ ارتعاش ات و بی نظمی کل ذرات می‌باشد.نور مانند یک توله سگ سرزنده است که نمی‌تواند ساکن باشد.صندلی که شما روی آن نشسته‌اید در نگاه و احساس غیر متحرک به نظر می رسد.اما اگر شما بتوانید از دید اتمی به آن نگاه کنید خواهید دید که اتم ها و مولکول ها در حال ارتعاشند.صدها ترلیون مرتبه در ثانیه ارتعاش به هم برخورد میکنند. در حالیکه سرعت به دور گشتن الکترون 25000مایل در ساعت است.وقتی ذرات باردار برخورد میکنند بر اثر تغییرات ناگهانی حرکتشان یک بسته انرژی تولید میکنند که فوتون نامیده میشوند. فوتون ها با سزعت نور دور میشوند.در واقع آن ها نور یا امواج الکترومغناطیس هستند برای شروع یک استفاده فنی. تا این زمان الکترون‌های باردار تنها ذره‌های شناخته شده هستند که دارای بیشترین ناآرامی هستند و بنابراین عامل تولید بسیاری از فوتونهای جهان می‌باشد.
اشعه X می تواند به واسطه برخورد بین یک الکترون و یک پروتون پر سرعت تولید شود نور می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد.امواج رادیویی ٬ امواج میکرو ٬ فروسرخ٬مرئی٬بسیار درخشان ٬اشعه‌ی ایکس و امواج گاما شکل‌های مختلف نور هستند. امواج رادیویی از فوتون های کم انرژی ساخته شده‌اند.فوتونهای بصری تنها فوتون‌هایی هستند که به وسیله چشم دیده میشوند.این پرتوها میلیون‌ها بار از پرتوهای رادیویی معمولی پر انرژی تر هستند.انرژی پرتوهای ایکس صد تا هزار برابر بیشتر از فوتونهای مرئی می‌باشند.سرعت ذرات هنگامی که برخورد یا ارتعاش میکنند یک محدوده را در انرژی فوتونها به وجود می‌آورند. هم چنین سرعت ٬ یک معیار اندازگیری دما نیز می‌باشد.(در یک روز گرم ذرات موجود در هوا نسبت به یک روز سرد سریعتر حرکت میکند.)
دماهای خیلی پایین (صدها درجه زیر صفر سلسیویس) تولید امواج رادیویی با انرژی کم و فوتون های امواج میکرو می نماید٬ در حالیکه بدن سرد ما (در حدود 30 درجه سلسیوس)تولید امواج مادون قرمز می کند.دماهای خیلی بالا (میلیون ها درجه سلسیوس)اشعه‌ی ایکس تولید میکند.
گستره امواج الکترومغناطیس:طول موج پرتوهای تولید شده به وسیله یک جرم معمولا مربوط به دماست.هم چین خود فوتونها می‌توانند با الکترون‌ها برخورد کنند.اگر الکترون ها بیشتر از فوتون ها انرژی داشته باشند٬ برخور می‌تواند انرژی فوتونها را افزایش دهد.در این صورت فوتونها با انرژی پایین می‌توانند به فوتون ها با انرژی بالا تبدیل شوند.این فرایندپراکندگی کامپتون (Compton scattering ) خوانده می شود. که در مورد سیاهچاله ها٬جایی که ماده چگال می شودو درجه حرارت میلیونی وجود دارد٬این پدیده اهمیت می یابد.فوتونهای جمع آوری شده در فضا توسط تلسکوپ اشعه ایکس ٬ لکه های تاریک را آشکار میسازد.مناطقی که در آن ٬ذرات به واسطه انفجارهای عظیم یا میدان گرانشی شدید٬به دماهای بالا برانگیخته میشوند یا انرژی کسب می کنند.
بازگشت پراکنده کامپتونی
این شرایط در کجا وجود دارد؟
در یک تغییر شگفت آور مکان٬ در دامنه‌ای به وسعت فضای وسیع بین کهکشان‌ها تا دنیای فروریخته و حیرت انگیز ستاره‌های نوترونی یا سیاهچاله‌ها.
خطوط نشری و جزبی:
وقتی یک الکترون آزادبه وسیله میدان الکتریکی یک پروتون یا یک اتم باردار(یون)شتاب داده می‌شود فوتون های ساطع شده می‌تواند یک دامنه گسترده از انرژی را بوجود آورند.انرژی‌ها وابسته به سرعت حرکت الکترون‌ها و میزانی که شتاب به آن‌ها داده شده است می‌باشند.انرژی فوتون های تولید شده تحت این فرایند طیف پیوسته خوانده می‌شود و می‌تواند به صورت یک منحنی پیوسته ترسیم شود.در مقایسه٬ اگر الکترون در حال گردش به دور هسته یک اتم خنثی یا باردار باشد٬طیف به صورت یک سری رأس های نوک تیز یا خطوط در می آید و این به خاطر تطابق گردش الکترون ها در اتم با نظریه کوانتم است.این گردش ها٬ یا بطور دقیق تر٬این سطوح انرژی ٬به واسطه مقدار انرژی که دارند مجزا می شوند ٬درست همانند جدا شدن پله ها به واسطه بلندیشان .همان طور که شما نمی توانید در موقیتی مابین گام های پله ای گامی بردارید ٬الکترون در اتم نمی تواند بین دو سطح انرژی قرار بگیرد.اتم برای هر عنصری مثل اکسیژن ٬کربن و ... سطح انرژی منحصر به خود دارد.
طیف NGC4151 منتقل شده با انرژی بالا توسط چندرا
مطالعه دقیق انرژی فوتون های ساطع یا جذب شده به وسیله ذرات یک اتم یک طرح کلی را برای حالت انرژی آن اتم ارائه می دهد.با دانستن این طرح کلی و گسترده انرژی ستاره شناسان قادرند در امواج ساطعه از ستارگان و گازها ٬به محاسبه مقدار هر عنصر اقدام کنند .در این صورت ستاره شناسان می توانند تعیین کنند که ستاره ها بیشتر از هیدروژن با مخلوطی از هلیم و همچنین عناصر سنگین تر مانند کربن٬نیتروژن و اکسیژن و مانند ان تشکیل شده اند.
به طور طبیعی الکترون در اتم در پایین ترین سطح انرژی(در پایین پله ها)قرار دارد.اما اگر اتم در اثر برخورد با یک الکترون آزاد یا یک اتم دیگر یا یک فوتون برانگیخته شود٬ پایین ترین سطح انرژی اشغال نخواهد شد.