Hagen 1888-tól 1906-ig a washingtoni Georgetown College obszervatóriumának igazgatójaként dolgozott, majd X. Pius pápa a Vatikáni Obszervatórium igazgatójává nevezte ki. Hagen 1893-ban, a fényes és sötét nebulák (felhők) átfogó katalógusának összeállítása közben kezdte el a sötét felhők beható tanulmányozását. Több évtized alatt arra a meggyőződésre jutott, hogy a távcsővel esetenként a sötét csillagközi anyagot figyelte meg. Ennek fényképészeti rögzítése nem sikerült, feltehetően a gyenge fényesség miatt. A modern csillagászok többsége kétségbevonja a Hagen-felhők létezését, és a tudós észleléseit más okokra, például az emberi szem reakcióinak a bizonytalanságaira vezeti vissza.
Hagen az ún. változócsillagoknak, vagyis
a fényességüket periódusosan változtató
csillagoknak is jelentős kutatója volt. A változókkal
kapcsolatos eredményei az Atlas Stellarum Variabilium (A változócsillagok
atlasza; 1890-1908) lapjain jelentek meg, a Hagen-felhőkről
tett megfigyeléseit a Specola Astronomica Vaticana (Vatikáni
csillagvizsgáló; 1931) 14. kötetében megjelent
tanulmányában foglalta össze.