Nötron yıldızlarının varlığı 1932 yıllarında nötronun keşfi ile gelişti.
Büyük kütleli yıldızların artık füzyon için yakıtı kalmadığında çekirdekleri çökmeye başladığında muazzam bir kütle çekimi kuvveti yıldızı kendi içine çekmeye başlar. Çok büyük kütlelere sahip bu yıldızlar çekirdeğe doğru çökmeye başladıklarında Süpernova adını verdiğimiz patlamalar meydana gelebilir. Bu patlamaların şiddetini belirtmek gerekirse, galaksiyi ışıltıya boğan ve haftalarca süren bir patlamadan bahsediyoruz.
İşte bu patlamalar, ardında bıraktıkları kütlelerin bir birlerini çekmesi sonucunda oluşurlar. Kütleleri çok fazladır. Gezegenimizin parlayan yıldızı Güneş'in kütlesinden 3 kat daha fazla olan nötron yıldızları bile oluşabilir.
Ancak nötron yıldızlarını bu kadar popüler yapan ayrıntı da tam olarak burada saklı aslında. Böylesine devasa kütleye sahip bir yıldızın da kocaman görünmesini bekleriz. Fakat nötron yıldızlarının hacimleri kütlelerine oranla küçüktür hatta miniciktir bile diyebiliriz. Güneşten 1,5 kat daha fazla kütleye sahip olan bir nötron yıldızı yaklaşık 10km çapına sahip olabilir.
Görselde Sirius B nötron yıldızını, Proxima Centauri kırmızı cücesini ve güneşi görmektesiniz. Proxima Centauri Kırmızı cüceler, ortalama 3.200 santigrat derece yüzey sıcaklığına sahip olduğundan diğerlerine göre daha soğuk bir yıldız özelliği taşır. Kütleleri ise nötron yıldızları gibi değildir.
Nötron yıldızları, diğer yıldızlar gibi ısı üreten yıldızlar değildir. Yıldızların kendilerini geliştirmesi beklenmezken kütle aktarımı ile çevresindeki etkenlere bağlı olarak yapısal değişkenlikler gösterebilirler. Ancak normal şartlarda soğuması beklenir.
Süpernovanın ardından sıkışan çekirdekte bulunan atomların, proton ve elektronları birleşmeye zorlanır ve birleşim sonucu ortaya nötron çıkar. Elektron ile proton arasında yer alan bu devasa boşluk ortadan kalktığında atomların çok daha sıkışık bir hal alır. Bu durum hacmin düşük olurken, kütlenin yüksek olmasına sebep olur.
Nötron yıldızlarının oluşumuna hidrostatik denge sebep olur. Hidrostatik ortaya çıkan nötron yıldızlarının kütlelerinin bir limite sahip olduğunu ortaya koyuyor.
Kütlesi güneşin kütlesinden 5 kat daha fazla olan nötron yıldızları çökme işlemine devam ettiği için kara deliğe dönüşürler. Çöküm esnasında kütle çekim kuvveti ışık hızına ulaştığında kara delik oluşur.