Ein Neutronenstern ist ein stellarer Überrest – ein superkomprimiertes Objekt, das übrig bleibt, wenn Sterne mit einer Masse zwischen dem 1.4- und etwa 3-fachen der Masse unserer Sonne ihren Kernbrennstoff verbrauchen und nach innen kollabieren. Das Ergebnis ist eine kondensierte Materiekugel mit einem Durchmesser von etwa 20 km (12 Meilen) mit einem Gravitationsfeld, das etwa 2 x 10^11 mal stärker ist als das der Erde.
Die Dichte eines Neutronensterns ist so groß, dass die Protonen und Elektronen, aus denen die Atome bestehen, zu elektrisch neutralen Neutronen verschmelzen, den Primärteilchen, aus denen der Neutronenstern besteht. Da sie elektrisch neutral sind, können solche Teilchen sehr eng zusammengepackt werden, was zu einem Himmelsobjekt mit ähnlicher Dichte wie der des Atomkerns führt.
Der Neutronenstern ist ein exotisches astronomisches Objekt, dessen Existenz 35 Jahre vor seiner Entdeckung im Jahr 1968 theoretisch vorhergesagt wurde. Die Fluchtgeschwindigkeit eines Neutronensterns beträgt ungefähr die Hälfte der Lichtgeschwindigkeit. Die höchsten „Berge“ auf einem solchen Stern messen in Millimetern (Bruchteilen eines Zolls) und nicht in Kilometern (Fuß). Da sich die Rotationsgeschwindigkeit des Sterns beim Kollaps beschleunigt, können enorme Winkelgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 30,000 km/s (18,640 mi/s) oder eine Umdrehung alle ein oder zwei Millisekunden erreicht werden. Wenn diese schnell rotierenden Sterne elektromagnetische Strahlung aussenden, die auf der Erde nachgewiesen werden kann, werden sie in kontinuierlichen Pulsen empfangen, was den Titel „Pulsar“ einleitet.
Der Neutronenstern wurde aus dem Kern abgelaufener Sonnen gebildet und beherbergt exotische Materieformen, die nirgendwo sonst im Universum zu finden sind: Kerne, die aus riesigen Mengen von Neutronen ohne umlaufende Elektronen bestehen, freie Neutronen, die in einer superdichten „Neutronium“-Suppe schweben, und möglicherweise exotische Materieformen wie Pionen oder Kaonen. Dies sind Teilchen, die aus ungewöhnlichen Konfigurationen oder Arten von Quarks bestehen, den Bestandteilen subatomarer Teilchen. Da konventionelle atomare Materieformen durch die immense Schwerkraft und den Druck eines Neutronensterns in Stücke gerissen würden, könnten wir niemals Experimente oder Beobachtungen an solchen Objekten direkt durchführen. Zu den Haupttypen von Neutronensternen gehören der Röntgenburster, der Pulsar und der Magnetar.