Нейтронные звезды возникают при взрыве сверхновых; по оценкам, в Галактике должна существовать одна нейтронная звезда на тысячу обычных звезд. Так как нейтронные звезды образуются при взрывном сжатии ядер обычных звезд, которые имеют значительный угловой момент, то сокращение радиуса вращающегося остатка звезды приводит к очень высоким скоростям вращения, вплоть до 700 оборотов в секунду. В Млечном Пути открыто несколько тысяч нейтронных звезд, 90 % из них — одиночные, а 10 % входят в двойные системы. Нейтронные звезды движутся с высокими скоростями в сотни километров в секунду; значительная их часть обнаруживается в галактическом гало, где они входят в состав шаровых скоплений.

Нейтронные звезды похожи на огромные атомные ядра радиусом 10–20 километров и массой в полторы-две массы Солнца. Они представляют собой шар из нейтронов, в несколько раз более плотный, чем атомные ядра, и на поверхности которого есть тонкая (около километра) кора из ядер тяжелых атомов и электронов. Над корой простирается тонкая — толщиной от миллиметров до десятков сантиметров — атмосфера, в которой формируется тепловое свечение звезды. Скорость убегания с поверхности нейтронной звезды достигает половины скорости света. Если какое-то вещество падает на такую звезду, то разгоняется до субсветовых скоростей, из-за чего ядра атомов падающего вещества разрушаются при ударе о поверхность и превращаются в нейтроны, присоединяясь к звезде.

Часть нейтронных звезд наблюдаются в виде пульсаров, которые поделены на несколько типов, излучающих в разных диапазонах частот. Магнитное поле на поверхности пульсаров превосходит магнитное поле Земли в триллионы раз. Магнитное поле привязано к пульсару и вращается вместе с ним. На определенном расстоянии от нейтронной звезды скорость движения магнитного поля приближается к световой. Магнитное поле не может двигаться быстрее скорости света, поэтому в этой области линии магнитного поля обрываются. В местах таких обрывов наружу вылетают частицы, которые излучают в радиодиапазоне. Такие объекты называют радиопульсарами — именно их первыми среди пульсаров открыла Джоселин Белл. Распределение радиопульсаров по скоростям собственных вращений демонстрирует два отчетливых пика, соответствующих двум классам пульсаров, с типичными периодами вращения в 0,6 секунды и менее 0,004 секунды.

В двойной системе вокруг нейтронной звезды часто формируется аккреционный диск из материала, перетекающего из второй звезды. Если скорость вращения звезды не слишком большая, то вещество из диска может проникать по магнитным линиям в район полюса нейтронной звезды. Размер зоны падения вещества составляет всего сотню метров, но эта площадка разогрета так, что излучает рентгеновские лучи, которые регистрируются даже на Земле. Такие объекты называются рентгеновскими пульсарами.

Нейтронные звезды, как и атомные ядра, прочно связаны ядерными силами. Но, как показывают оценки в статье Горькавого и Тюльбашева (2021), для нейтронных звезд еще более важным является гравитационная энергия связи, которая на порядок превосходит энергию связи нуклонов в самых прочных ядрах. Максимальная энергия связи на нуклон в ядре железа составляет около 10 Мэв. Легко показать, что мощное тяготение нейтронной звезды приводит к энергии гравитационной связи примерно 100 Мэв на нуклон. Следовательно, нейтронная звезда менее подвержена фотодиссоциации и может уцелеть в горячей среде сжатой Вселенной. Отметим, что энергия гравитационной связи для белых карликов на 2–3 порядка меньше, чем у нейтронных звезд, тем самым белые карлики должны подвергаться фотодиссоциации примерно с той же интенсивностью, что и обычные звезды.