Коллапс ядер массивных звёзд и слияния компактных релятивистских звёзд сопровождаются быстрым выделением огромной энергии — порядка энергии покоя звезды. Вспышки сверхновых и гамма-всплески, связанные с данными процессами, наблюдаются современными телескопами практически ежедневно. Излучение от таких источников наблюдается во всём диапазоне электромагнитного спектра, детектированы нейтрино от сверхновой 1987A и гравитационные волны от слияния релятивистских звёзд. Наряду с быстропеременными и транзиентными событиями, существенно более длительное время высокую светимость в рентгеновском и гамма-диапазонах демонстрируют релятивистские компактные остатки коллапсировавшей звезды: аккрецирующие чёрные дыры и быстро вращающиеся пульсары. Крабовидная туманность и пульсары в двойных гамма-источниках являются замечательными галактическими лабораториями, где можно изучать релятивистские ветры, работающие как космические ускорители частиц высоких энергий. Исследование физических процессов, приводящих к преобразованию гравитационной и вращательной энергии релятивистских объектов в мощное электромагнитное излучение и потоки нейтрино высоких энергий, представляют уникальные возможности проверки фундаментальных законов физики в экстремальных условиях, недостижимых в лабораторных экспериментах на Земле. В работе представлен краткий обзор результатов наблюдений и моделирования нетепловых процессов в космических источниках высокоэнергичного излучения и обсуждаются перспективы развития этих исследований.