宇宙中可见的极端天体——中子星
当一颗恒星能量即将耗尽时，其核心将消耗最后的“燃料”以产生热量和压力，巨大恒星的引力如此之强，以至于核心的原子无法与之抗争。以我们的太阳为例，在恒星生命后期其核心会非常紧密地塌陷下去，以至原子的电子会达到峰值压力。我们的恒星会达到称为白矮星的稳定状态，其中电子的压力平衡了恒星质量的引力。但是白矮星只能稳定达到1.4个太阳的质量，这一数值也被称为钱德拉塞卡极限。如果一个恒星的核心比这个更大，那么电子压力就不足以抵抗引力。电子被压缩到原子的质子中，从而将它们转变为中子，这样的话恒星就会成为中子星，而不是白矮星。
当然，中子星的质量是有限的。如果核的质量超过该极限，则中子压力将因为无法承受重力，中子星将进一步坍塌成黑洞。恒星的质量极限取决于其温度和密度，这些数据最终可以确定该恒星的压力。Subrahmanyan在1930年计算出了电子的状态方程，由此确定了稳定白矮星的质量极限。电子是基本粒子，中子是由夸克及其相互作用组成的复杂粒子，中子的状态方程要复杂得多。1939年，Robert Oppenheimer和George Volkoff为中子建立了状态方程，这共同产生了中子星的质量极限，即托曼奥本海默沃尔科夫TOV极限。
TOV极限值的计算过程非常复杂，很难获得精确的值。最初的估算将中子质量极限定在1.5至3.0太阳质量之间。后来的估计使该极限接近于2个太阳质量，而合并中子星的引力波观测数据表明该极限确定为2.17个太阳质量。中子星在质量上有限度，在直径大小上也有限度，所有中子星不会超过30公里的直径，一般中子星的直径都是10到20公里的直径。中子星由不带电荷的亚原子粒子组成，它们的内部粒子结构如此密集，以至于1立方厘米大小的中子星物质的重量将达到一亿吨。
中子星的不同表现——磁星，脉冲星天文学家在寻找中子星的时候还发现了奇怪的现象，那就是中子星的另外两个物理特性，一些中子星会快速自旋，天文学家基于这些特性发现了不同种类的中子星。其中一部分是宇宙中旋转速度最快的中子星，它们每秒就进行数百次旋转，它们被称为脉冲星，被称为脉冲星不只是因为快速自旋的性质，更重要的是它们会产生规则的电磁辐射脉冲，包括无线电波，可见光，X射线和γ射线波长。另一类中子星被称为“磁星”，它们的磁场强度约为10亿特斯拉，是普通中子星磁场强度的1000倍。
所有的中子星就像一块巨大的磁铁，磁极的倾斜角度与旋转轴成一定角度。像地球一样，脉冲星也被磁层包围，在该区域中电子和其他粒子会被磁场加速。但是，中子星的磁场比地球强得多，电子以接近光速的速度运动，沿着磁极的方向以窄束的形式发射。如果想要从中子星表面逃逸，粒子最低需要加速到二分之一光速。
永远看不到尽头——黑矮星由于中子星不可能进行核聚变，因此中子星内部没有新的能量来源。随着时间的流逝，其旋转会减慢，其磁场也会减小，最后中子星将会成为理论中的黑矮星。黑矮星不会发出任何光，也不会发热，我们无法观测，因为这个过程比宇宙的年龄还要长很多，和白矮星的最终命运一样，黑矮星会一直沉寂下去，直到宇宙尽头。
那么中子星和黑洞之间有什么联系呢？其实在了解这个问题之前，我们需要探究一个重要理论，它叫做钱德拉塞卡极限。简而言之，中子星质量必须有至少1.4倍太阳质量的最小质量，才能成为中子星，这是第一步。有1.4倍太阳质量之外，中子星的质量不能超过太阳质量的3倍，超过之后就会成为黑洞。
中子星与黑洞——有缘（同为致密）无分（未达标准）也就是说中子星虽然致密，但是也不达标准，不会成为黑洞。那么成为中子星就完全不可能成为黑洞了吗？其实这个答案是否定的，中子星也可能成为黑洞。这需要两个前提，首先是双中子星系统合并，也就是两个中子星同轴旋转合并，第二个前提就是双中子星总质量要远大于3倍太阳，比如4倍，5倍甚至更多，但是这种几率微乎其微，几率实在是太低了，几乎不可能存在。曾经有一个名为泰勒双中子星系统合并，它们的总质量是太阳的3.12倍，它们花了几百万年的时间才合并，但是最后只是释放了引力波和重物质，也没有形成黑洞。
之前天文学家探测了中子星合并后发生的可怕爆炸，天文学家在欧洲南方天文台超大型望远镜的X-shooter仪器捕获的光谱中识别出了锶，证实了在这种极端事件中形成的重元素。这个双中子星系统编号GW170817，它们在合并后释放了引力波，在2017年被发现。X-shooter仪器和其他仪器监视着当时的合并情况，以寻找重元素。尽管有迹象表明存在此类元素，但直到现在，研究人员仍无法分离出单个特征。现在被称为GW170817的中子星合并摧毁了外碎片壳，其碎片移动速度高达光速的30％。随着合并的进行，产生了沉重的元素，有超过50个地球质量的锶产生。
中子星是宇宙中天体的又一极端情况，也是迄今为止人类发现的距离黑洞最近的极端密度的天体类型。中子星以小而密度大闻名，它让我们看到了恒星灭亡的又一演化形态，对恒星研究起到了重要作用。不过因为中子星的极特殊性，我们目前对中子星的研究还趋于初认知。现代科学认识中子星的方法现代科学家可以通过两个主要特征来观测研究中子星。首先是中子星的强大引力。有时可以通过重力影响它们周围的可见天体，科学家可以探测这些天体来研究中子星。通过仔细绘制太空物体?之间引力的相互作用，天文学家可以查明中子星或类似现象所在的位置。
第二种方法是通过探测脉冲星。脉冲星是中子星，它们由于产生重力的作用而旋转，通常旋转得非常快。它们巨大的重力和快速旋转的表征使它们从两个磁极中流出电磁能。这些极与中子星一起旋转，如果它们面对地球，天文学家可以拾取它们的无线电波信号。 J0030 + 0451（J0030），位于双鱼座星座中，这里距地球大约有1100光年。最近，天文学家使用中子星内部成分探测器NICER测量了脉冲星的大小和质量。在此过程中，他们还设法在其表面定位了各种“热点”，从而有效地创建了中子星的第一张地图。
在未来，越来越发达的科学技术和不断演化的观测技术会帮助我们揭开中子星的神秘面纱，这是迄今为止我们发现的除黑洞外最致密的可观测天体。
