中子星的極限密度典型的中子星密度高達1億~ 1億噸/立方厘米，已經遠遠超過了地球物質的密度，相當於壹顆骰子大小的白矮星物質，也相當於壹座山的質量；如果把地球壓縮到中子星的密度，直徑只有20米左右。
中子星是由什麽組成的？中子星是大質量恒星的可能結果之壹。當恒星燃燒其核心核聚變物質(融合為鐵)時，由於沒有熱量來抵抗恒星的引力，恒星高速收縮(引力坍縮)，這些恒星物質會在核心碰撞在壹起，產生鐵和後續的核聚變反應，並發出不止壹個星系的亮度。這是壹次超新星爆炸。爆炸將持續數周至數月，期間鐵之後的大量元素將被合成，並被爆炸力拋入太空，作為下壹代星系形成的材料。如果剩余的核心不超過太陽質量的3.2倍，就會形成中子星。
讓我們從微觀上看壹下中子星是如何形成的。原子由原子核和核外電子組成。原子核由中子和質子組成。從氦原子的結構圖來看，壹個原子的大部分體積被核外電子占據。當壓力足夠大的時候，電子會被壓縮到最低能級，然後電子簡並壓力會顯得非常大。如果電子簡並壓力能抵抗重力坍縮，就會形成白矮星。當恒星碎片的質量大於1.44個太陽質量(錢德拉塞卡極限)時，電子會被壓入原子核，電子會與質子形成中子，這就是中子星。此時，對抗重力坍縮的力是中子簡並壓。和電子簡並壹樣，都是泡利不相容原理提供的力。如果殘余星核的質量大於3.2個太陽質量(奧本海默·極限)，沒有什麽可以抵抗引力，它將坍縮成黑洞。
中子星是壹個密度非常大的天體，它的密度在8000萬噸到20億噸/立方厘米之間，幾乎是在原子核旁邊。巨大的引力使其表面的逃逸速度達到光速的50%。這意味著壹個70公斤的人撞上去會釋放出2億噸TNT當量的能量。相當於最大氫彈威力的四倍。然而，中子星並不都是由中子組成的。由於自由中子半衰期短，其外層中子不斷發生β衰變，釋放出電子、質子和中微子。中間層由自由中子組成；核心的壓力可能已經壓碎了原子核，形成了誇克核心，但這只是壹種猜測。中子星看起來像壹個巨大的原子核，但它不同於通過強相互作用聚合的原子核，它是通過引力結合的。所以它還是壹個天體。當然，不要試圖單獨取出中子星物質:簡並壓力會使原子核迅速擴散，自由中子也會迅速衰變。在大爆炸中，這些中子星物質會回歸正常原子。
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