1932年，中子被查德威克发现之后不久，苏联物理学家朗道就提出有一类星体可以全部由中子构成，朗道因此成为首次提出中子星概念的学者。1934年，巴德和兹威基认为超新星爆发可以将一个普通恒星转变为中子星﹐而且指出这个过程可以加速粒子，产生宇宙线。1939年奥本海默和沃尔科夫通过计算建立了第一个定量的中子星模型，但他们采用的物态方程是理想的简并中子气模型。

虽然早在30年代，中子星就作为假说而被提了出来，但是一直没有得到证实，人们也不曾观测到中子星的存在。由于理论预言的中子星密度大得超出人们想象，该假说在当时受到了普遍的怀疑。直到1967年，由英国科学家休伊什的学生乔丝琳·贝尔首先发现了脉冲星。经过计算，它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积小、密度大、质量大的星体才能达到。这样，中子星才真正由假说成为事实。

2007年天文学家借助欧洲航空局(ESA)的珈马射线天文望远镜(Integral)，发现了迄今旋转速度最快的中子星。这颗中子星编号为XTEJ1739-285，每秒钟可沿自己的轴线旋转1122圈。按照地球的概念转一圈一天的话，在这个中子星上度过一秒钟相当于在地球上经历了3年多。这个发现推翻了原来认为的每秒700圈的星体转速极限。这颗中子星的直径约10km，但质量却与太阳相近，其密度高达每立方厘米1亿吨。其巨大引力从临近恒星不断夺取大量炙热气体，并不断诱发热核爆炸。

2010年10月27日英国《每日电讯报》报道，天文学家发现了宇宙中迄今为止最大的中子星，其质量几乎是太阳的两倍。这颗名为PSR J1614-223的中子星的大小与一个小城市差不多，相对而言并不算是一个大的星体，但其密度却是惊人的高。

收缩使中子星成为一块极强的“磁铁”，当快速自转时，中子星就有规律地不断向地球发射电波。当发射电波的那部分对着地球时，就收到电波；当这部分随着星体的转动而偏转时，就收不到电波。所以，收到的电波是间歇的，这种现象又称为“灯塔效应”。

白矮星中的电子简并压无法承受足够大的压力时，电子被压缩到原子核中，同质子中和为中子，形成中子星，中子简并压支撑住了中子星，阻止它进一步压缩。由于中子星具有超高密度和转速，具有极强的吸积效应。由于超高转速，一旦吸积往往很难停止。周围只要有星云或其它天体，往往都会成为中子星的猎物。中子星一旦开始旷日持久的吸积，往往成为潜在黑洞的吸积核。

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