中子星有時也被稱為巨型原子核

中子星的外層主要為一個固體外殼，厚度約為一公里，密度則高達每立方厘米約一千億克以上，由於各種原子核所組成的點陣結構和一些十分簡單自由的電子氣所組成。因此外殼內的全是一層主要由一些中子所組成的一個流體，在這層當中還有少量的質子、電子和m介子。其中中子星大致分為三層，其核心部分因壓力更大，因此由超子組成。中間層則是一些自由中子，表面則因中子所進行的β衰變成電子、質子、中微子。

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因為它具有原子核的某些包括密度在內的一些性質。因此，在流行的科學文獻中，中子星有時被稱為巨型原子核。然而在其他方面，因為中子星和真正的原子核是很不一樣的。

中子星的主要質量下限大約為0.1的太陽質量，上限則在1.5-2的太陽質量之間。因此中子星半徑的一個典型星內部的一些密度高達10的16次方克/立方厘米的物態，目前只有三種不同的看法：超子流體；固態的中子核心。中子流體中的π介子凝聚。導致中子星進行超級爆發時，就像一些閃光燈在表面處閃亮，因此只會照到它的吸積盤的一些主要內部地區。中子星所爆發出的X射線也會及時照射到吸積盤中的鐵原子里，同時發出一些X射線熒光。

中子星的另一個十分重要的特徵主要是因為所存在的一些強度極高的磁場，超過10的12次方高斯，並導致它使表層的一些鐵聚合成長長的一條鐵原子鏈：

因為每個原子都被簡單壓縮並沿著磁場被大力拉長，而且首尾也會相接，形成從表面向外伸出的一個須狀物。因此在表面以下，由於壓力的幅度太高，導致單個原子不能存在。因為它會使一些中子星沿著磁極方向所發射的一些束狀無線電波（射電波）。由於中子星的自轉非常快，能夠達到每秒幾百轉。因此中子星的一些磁極與兩極通常都不太吻合，所以如果只是中子星的一些磁極恰好朝向地球，那麼隨著它的自轉，中子星也會發出一些射電波束就會象一座正在旋轉的燈塔那樣一次次地掃過地球，所形成的一些射電脈衝。人們又會稱為這樣的天體為脈衝星。因為在1967年發現了一些脈衝星，才會有人首次證明了中子星的主要存在。

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