La materia degenerata è una forma bizzarra di materia esotica creata nei nuclei di stelle massicce, dove gli atomi o persino le particelle subatomiche sono ammassati così strettamente che la fonte primaria di pressione non è più termica ma quantistica, dettata dalle limitazioni stabilite dal principio di esclusione di Pauli, che asserisce che due particelle non possono occupare lo stesso stato quantistico. È anche utile in alcune circostanze trattare gli elettroni di conduzione nei metalli come materia degenere, a causa della loro alta densità. La materia degenerata, in particolare l’idrogeno metallico, è stata precedentemente creata in laboratorio, utilizzando pressioni superiori a un milione di atmosfere (>100 GPa).
La materia degenerata è unica in quanto la sua pressione è solo parzialmente dettata dalla temperatura, e di fatto la pressione rimarrebbe anche se la temperatura della materia fosse ridotta allo zero assoluto. Questo è molto diverso dai gas ideali che impariamo a lezione di fisica, dove temperatura e pressione/volume sono strettamente correlati.
In ordine di densità crescente, forme comuni di materia degenere includono l’idrogeno metallico, presente in grandi quantità nel nucleo di pianeti massicci come Giove e Saturno; materia delle nane bianche, che si trova nelle nane bianche, che un giorno diventerà il nostro Sole; neutronio, che si trova nelle stelle di neutroni, punto finale dell’evoluzione stellare per stelle da 1.35 a circa 2.1 masse solari; strana materia; o materia di quark, anch’essa ipotizzata all’interno di stelle molto massicce.
Nelle nane bianche, il materiale è indicato come materia elettron-degenerata, perché non c’è energia sufficiente per far collassare gli elettroni in nuclei atomici e produrre neutronio. Nelle stelle di neutroni, il materiale è chiamato materia degenerata da neutroni, perché la pressione è così grande che gli elettroni si fondono con i protoni per creare materia composta da nient’altro che neutroni. In condizioni normali, i neutroni liberi degenerano in un protone e un elettrone in circa 15 minuti, ma sotto la tremenda pressione di una stella di neutroni, la materia di soli neutroni è stabile.
Si pensa che la forma più estrema di materia degenerata, la materia strana, esista nelle stelle di quark, stelle con una massa compresa tra le stelle di neutroni e i buchi neri, in cui i quark costituenti dei neutroni si disaccoppiano e si crea una zuppa di quark. Le stelle di quark sono un possibile candidato per la misteriosa materia oscura che costituisce la maggior parte della massa delle galassie osservate.