Очень маленькие, сверхплотные небесные тела. Диаметр их в среднем не больше нескольких десятков километров, масса примерно равна массе Солнца. При плотностях, достигаемых в недрах нейтронных звезд (свыше 1 млн. т в 1 см3), невозможно существование не только атомов с электронными оболочками, но и отдельных ядер — все ядра распадаются на составляющие их нейтроны и протоны. Скорости электронов при этом столь высоки, что происходит их слияние с протонами, причем их электрические заряды нейтрализуются, и образуются нейтроны. Таким образом, при сверхвысоких плотностях вещество почти полностью состоит из свободных нейтронов лишь с небольшой примесью протонов и электронов. Отсюда и возникло название «нейтронные звезды». Нейтронные звезды были открыты в 1968 г. как пульсары. С нейтронными звездами связаны также некоторые источники жесткого рентгеновского излучения в тесных двойных звездных системах (см. Рентгеновская астрономия).
Нейтронные звезды образуются после исчерпания источников термоядерной энергии в недрах обычной звезды, если ее масса к этому моменту превышает 1,4 массы Солнца. Поскольку источники термоядерной энергии отсутствуют, устойчивое равновесие звезды становится невозможным и начинается катастрофическое сжатие звезды к центру — гравитационный коллапс. Если исходная масса звезды не превышает некоторой критической величины, то коллапс в центральных частях останавливается и образуется горячая нейтронная звезда. Процесс коллапса занимает доли секунды. За ним может последовать либо натекание оставшейся оболочки звезды на горячую нейтронную звезду с испусканием нейтрино (см. Нейтринная астрономия), уносящих более 10% массы звезды, либо сброс оболочки за счет термоядерной энергии «непрогоревшего» вещества или энергии вращения. Такой выброс происходит очень быстро, и для наблюдателя на Земле он выглядит как грандиозный взрыв — вспышка сверхновой звезды. Наблюдаемые нейтронные звезды — пульсары часто связаны с остатками сверхновых звезд.
Нейтронные звезды могут существовать, если их массы больше 0,05 массы Солнца. Если масса нейтронной звезды превышает
Подробные расчеты внутреннего строения нейтронных звезд показывают, что помимо нейтронов с примесью протонов и электронов во внутренних областях могут образовываться в больших количествах другие элементарные частицы — мезоны и гипероны. Во внешних слоях должно сохраниться много ядер с избытком нейтронов.
Очень важные характеристики нейтронных звезд — вращение и магнитное поле. При сжатии обычной звезды в нейтронную вращение ускоряется, а магнитное поле усиливается. Период вращения нейтронных звезд может достигать (по теоретическим расчетам) 0,001 с; самый короткий из наблюдаемых периодов 0,033 с. Магнитное поле может быть в миллиарды и триллионы раз сильнее магнитного поля Земли.
