Ein Quarkstern ist ein extrem komprimiertes, exotisches Objekt, das sich theoretisch aus etwa 1% aller Neutronensterne bildet, die wiederum zuverlässig beim Kollaps von Sternen mit 1.5 – 3.0 Sonnenmassen entstehen. Quarksterne wurden noch nicht schlüssig beobachtet, aber am 10. April 2002 wurden vom Chandra X-Ray Observatory zwei vielversprechende Kandidaten aufgenommen. Seitdem wurde ein weiterer Kandidat gesichtet, aber es sind weitere Beweise erforderlich, bevor die Existenz von Quarksternen positiv bestätigt werden kann mit geringer Fehlerquote.
Sterne mit über etwa 1.35 Sonnenmassen, aber weniger als 3 oder so (weniger als die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze), kollabieren schließlich katastrophal zu einem Neutronenstern, einem kompakten Objekt von der Größe einer kleinen Stadt. Ein einzelner Teelöffel Neutronensternmaterie wiegt eine Milliarde Tonnen (über 1.1 Milliarden Tonnen). Die Gravitation ist so stark, dass die höchsten „Berge“ auf einem Neutronenstern nur wenige Millimeter groß sind. Der Quarkstern ist ein theoretisches Objekt, das noch kompakter ist als ein Neutronenstern. Bei einem Neutronenstern ist es der Entartungsdruck zwischen Neutronen, der den Körper davon abhält, zu einem Schwarzen Loch zu kollabieren – bei einem Quarkstern ist es der Druck zwischen den Quarks.
In einem Neutronenstern verschmelzen alle Elektronen mit Protonen zu nichts als Neutronen. Ein Neutronenstern ist ein einzelnes gigantisches Atom, ein Kern, der ausschließlich aus Neutronen besteht, umgeben von einer dünnen Elektronenhülle. In einem Quarkstern werden die konstituierenden Quarks der Neutronen herumgeschleudert und rekombinieren, wobei sie sich von den bekannten Up- und Down-Quarks, aus denen alle Teilchen auf der Erde bestehen, zu den massereicheren seltsamen Quarks verwandeln, die wir nur von hochenergetischen kennen Experimente mit Teilchenbeschleunigern. Ein Quarkstern kann als einzelnes gigantisches Hadron (Proton oder Neutron) betrachtet werden, jedoch mit vielen Billiarden Quarks und nicht nur den typischen drei.
Wenn ein Neutronenstern zu einem Quarkstern kollabiert, verursacht er theoretisch ein Ereignis, das als Quarknova bezeichnet wird. Der Prozess, bei dem Quarks von Neutronen getrennt werden, würde enorme Energie freisetzen, sogar mehr als die energiereichsten Kernreaktionen, und möglicherweise die beeindruckendsten Explosionen seit dem Urknall erzeugen. Möglicherweise handelt es sich bei den mysteriösen Gammastrahlenausbrüchen (GRBs) tatsächlich um Quarknovae.