同白矮星一样，中子星是处于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星，其质量更大罢了。当老年恒星的质量为太阳质量的8~30倍时，它就有可能最后变为一颗中子星，而质量小于8个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。但是，中子星与白矮星的区别，不只是生成它们的恒星质量不同，它们的物质存在状态也是完全不同的。

白矮星的密度虽然大，但还在正常物质结构能达到的最大密度范围内，电子还是电子，原子核还是原子核，原子结构完整。而在中子星里，压力是如此之大，白矮星中的电子简并压无法承受。电子被压缩到原子核中，同质子中和为中子，使原子变得仅由中子组成，中子简并压支撑住了中子星，阻止它进一步压缩。而整个中子星就是由中子堆积形成的，中子星的密度就是中子的密度。

中子星周围的暗物质密度极高，且存在着巨大密度梯度，因此致使经过其周边的光线都是呈抛物线。

中子星的形成过程与白矮星类似，当恒星外壳向外膨胀时，核心受反作用力而收缩。核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列复杂的物理变化，最后形成一颗中子星内核。而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来结束生命，这就是天文学中著名的“超新星爆发”。

中子星是恒星演化到末期，经由引力坍缩发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。恒星在核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽，当它们最终转变成铁元素时便无法从核聚变中获得能量。失去热辐射压力支撑的外围物质受引力牵引会急速向核心坠落，有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发产生超新星爆炸，或由于质量的不同，恒星的内部区域被压缩成白矮星、中子星。白矮星被压缩成中子星的过程中，恒星遭受剧烈的压缩，使其组成物质中的电子并入质子转化成中子，直径大约只有十余公里，且旋转速度极快，而由于其磁轴和自转轴并不重合，磁场旋转时所产生的无线电波等各种辐射可能会以一明一暗的方式传到地球，犹如人眨眼，故又称作脉冲星。一颗典型的中子星质量介于太阳质量的1.35到2.1倍，半径则在10至20km之间，也就是太阳半径的30，000至70，000分之一。

由于中子星保留了母恒星大部分的角动量，但半径只是母恒星极微小的量，转动惯量的减少导致了转速迅速增加，产生非常高的自转速率，周期从毫秒脉冲星的700分之一秒到30秒都有。中子星的高密度也使它有强大的表面引力。一颗中子星的逃逸速度大约在10，000至150，000km/秒之间，也就是可以达到光速的一半。换言之，物体落至中子星表面的最大速度将达到150，000km/秒。

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