כוכב נויטרון, כל אחד ממעמד של כוכבים צפופים וקומפקטיים במיוחד, שחשבו להיות מורכבים בעיקר מנוטרונים. בדרך כלל קוטר הכוכבים של הנויטרון בקוטר של 20 ק"מ. ההמונים שלהם נעים בין 1.18 ל 1.97 פעמים מכמות השמש, אך רובם פי 1.35 מכפי השמש. לפיכך, צפיפות הממוצעת שלהם גבוהה ביותר - בערך 10 14פעמים זה של מים. זה מקרב את הצפיפות בתוך הגרעין האטומי, ובמובנים מסוימים ניתן לתאר כוכב נויטרונים כגרעין ענק. לא ידוע באופן סופי מה נמצא במרכז הכוכב, שם הלחץ הוא הגדול ביותר; התיאוריות כוללות היפרונים, קאונים ופיונים. שכבות הביניים הן לרוב נויטרונים ונמצאות ככל הנראה במצב "מיותר". הקילומטר החיצוני (0.6 קילומטר) הוא יציב, למרות הטמפרטורות הגבוהות שיכולות להגיע לגובה של 1,000,000 K. פני השטח של שכבה מוצקה זו, בה הלחץ הוא הנמוך ביותר, מורכב מצורת ברזל צפופה במיוחד.
כוכב: כוכבי נויטרון
כאשר מסת ליבת השרידים נע בין 1.4 לכ -2 מסות שמש, הוא הופך ככל הנראה לכוכב נויטרונים עם צפיפות גבוהה יותר מ
מאפיין חשוב נוסף של כוכבי נויטרונים הוא נוכחותם של שדות מגנטיים חזקים מאוד, כלפי מעלה של 10 12 גאוס (השדה המגנטי של כדור הארץ הוא 0.5 גאוס), הגורם לפירמוס ברזל השטח בצורה של שרשראות ארוכות של אטומי ברזל. האטומים האישיים נדחסים ומתארכים בכיוון השדה המגנטי ויכולים לקשור יחדיו מקצה לקצה. מתחת לפני השטח, הלחץ הופך להיות גבוה מדי מכדי שניתן יהיה להתקיים אטומים בודדים.
גילוי הפולסים בשנת 1967 סיפק עדות ראשונה לקיומם של כוכבי נויטרונים. פולסרים הם כוכבי נויטרונים הפולטים קטניות של קרינה פעם בסיבוב. הקרינה הנפלטת היא בדרך כלל גלי רדיו, אך ידוע שגם פולסרים פולטים באורכי גל אופטי, רנטגן וגמא. התקופות הקצרות מאוד של, למשל, הסרטן (NP 0532) ו- Vela pulsars (33 ו 83 אלפיות השנייה, בהתאמה) פוסלות את האפשרות שמדובר בגמדים לבנים. הקטניות נובעות מתופעות אלקטרודינמיות שנוצרו על ידי סיבובם ושדות מגנטיים חזקים שלהם, כמו בדינמו. במקרה של פולסרי רדיו, נויטרונים לפני השטח של הכוכב מתפרקים לפרוטונים ואלקטרונים. כאשר החלקיקים הטעונים הללו משתחררים מהשטח, הם נכנסים לשדה המגנטי העז העוטף את הכוכב ומסתובב איתו. המואץ למהירויות המתקרבות לזו של האור, החלקיקים מפטרים קרינה אלקטרומגנטית על ידי פליטה של סינכרוטרון. קרינה זו משתחררת כקורות רדיו עזות מהקטבים המגנטיים של הפולסר.
מקורות רנטגן בינאריים רבים, כמו הרקולס X-1, מכילים כוכבי נויטרונים. חפצים קוסמיים מסוג זה פולטים קרני רנטגן על ידי דחיסת חומר מכוכבי לוויה המוטמדים על משטחיםיהם.
כוכבי נויטרון נראים גם כחפצים הנקראים מעברי רדיו מסתובבים (RRAT) וכמגנטרים. RRATs הם מקורות הפולטים פרצי רדיו בודדים אך בפרקי זמן לא סדירים הנעים בין ארבע דקות לשלוש שעות. הגורם לתופעת RRAT אינו ידוע. מגנטים הם כוכבי נויטרונים ממוגנטים מאוד שיש להם שדה מגנטי בין 10 14 ל- 10 15 גאוס.
מרבית החוקרים מאמינים שכוכבי נויטרונים נוצרים על ידי פיצוצים של סופרנובה בהם התמוטטות הגרעין המרכזי של הסופרנובה נעצרת על ידי עליית לחץ הנויטרונים ככל שצפיפות הליבה עולה לכ- 10 15 גרם לק"ק. אם הגרעין המתמוטט הוא מאסיבי יותר משלושה מסות שמש, עם זאת, לא ניתן ליצור כוכב נויטרונים, והייתכן שהליבה תהפוך לחור שחור.
