Ismereteink szerint a neutroncsillagok II-es típusú szupernóvákból alakulnak ki. Ezek kb. 10 és 29 naptömegű csillagokból jönnek létre, amikor életük végén kialakul bennük magfúzió révén egy vasmag. A vas fúziója már energiaelnyelő folyamat, nem pedig energiatermelő. A csillag korábbi életszakaszaiban a magban termelődő magfúziós energia kifelé tartó fénynyomása tartott egyensúlyt a külső rétegek súlyával. A vasmag kialakulása után ezek – egyensúlytartó erő hiányában – ráomlanak a magra, összenyomják a magot, a csillag külső részei pedig robbanásszerűen leválnak. Ez a II-es típusú szupernóvarobbanás. A 8-10 naptömegű kezdeti tömegű csillagok magja is szétrepül, a 10-29 naptömegűek neutroncsillagot, az ennél is nagyobbak néhány naptömegű fekete lyukat hagynak hátra. (A megadott tömegértékek körülbelüliek.) A neutroncsillagok tömege kb. 1,4 és 3,2 naptömeg közötti.
A neutroncsillag örökli a csillagmag mágneses terét és perdületét. Utóbbi miatt nagyon gyorsan forog. Idővel forgása ugyan lelassul, de kezdetben akár percenként ezerszer is megfordulhat tengelye körül a kb. 5-20 km átmérőnyi neutroncsillag. (A perdület, és ezért a forgássebesség azért csökken, mert a neutroncsillag a mágneses erővonalain keresztül anyagot és energiát sugároz ki.)
A neutroncsillag mágneses tere nagyon erősen fókuszált. A felszínéről eltávozó elektronok ezért a két mágneses pólus irányában repülnek ki az objektumból, másfelé nem nagyon mozognak. Eközben rádióhullámhosszakon sugárzást bocsátanak ki. Mint általában a bolygók és a csillagok esetében, a mágneses tengely nem esik egybe a forgástengellyel.
A pulzárok azok a neutroncsillagok, amelyek forgástengelye valahogy úgy áll a térben, hogy a mágneses pólusok egyike, vagy sokkal ritkábban mindkettő minden fordulat során a Föld felé irányulnak. Az elmondottakból következik, hogy véletlenszerű, hogy melyik neutroncsillagot észleljük pulzárként: csak azon múlik, felénk tud-e fordulni a mágneses pólusa.
Nagyon izgalmas kérdés, hogy hogyan nézhet ki egy neutroncsillag felszíne. Távcsöveinkkel közvetlenül nem tudjuk feltérképezni felszínüket, mert picik és messze vannak: a távcső nem oldja fel őket. Csak pontoknak látszanak (már amelyik elég fényes ahhoz, hogy optikai tartományban is lehessen észlelni).
Első alkalommal idén sikerült feltérképezni azonban egy ravasz technikával egy neutroncsillag felszínét, a J0030+0451 pulzárét. A kép hamisszínes, az intenzitásviszonyokat a kék és fehér különböző árnyalataival töltötték ki. Ez a pulzár mindössze 0,0049 másodpercenként fordul meg egyszer a tengelye körül. Távolsága a Földtől kb. 1000 fényév.
A képet a NICER műszerrel kapták (Neutron star Interior Composition ExploreR, neutroncsillagok belső szerkezetét és összetételét tanulmányozó eszköz). A NICER egy, az ISS-re feltett röntgentávcső. A neutroncsillagok felszíne forró, ezért röntgentartományban különösen fényes. A térkép elkészítéséhez azt használták ki, hogy a neutroncsillagban nagyon hatalmas tömeg összpontosul nagyon pici térfogatban, ezért rendkívül erős a gravitációs tere (nagy a téridő-görbület körülötte). Emiatt a felszínéről eltávozó fénysugár jelentősen elhajlik, de mindig csak meghatározott irányba. A forgás következtében mindig más és más pontját látjuk a neutroncsillag látszó közepén és szélén, ahol más a fényelhajlás mértéke. Egy fordulat alatt le lehet tapogatni így az egész felszínnek azt a részét, amely tőlünk látható (a forgástengely állásszöge miatt bizonyos részeket soha nem látunk), és a különböző irányokba más és más fényelhajlást visszaállítva lehet modellezni a neutroncsillag felszíni fényességviszonyait. A lényeg az, hogy ha nem lenne fényelhajlás, akkor csak a neutroncsillag felénk forduló felét látnánk. A fényelhajlás miatt azonban több, mint a felét, gyűrű alakban átlátunk egy kicsit mindig a túloldalra. (A technika elmélete nem új, már legalább 1986 óta ismert. Csak éppen a műszeres feltételek most lettek adottak hozzá, hogy kihasználhassuk ezt a régen kidolgozott technikát.) A neutroncsillag gravitációs erőtere olyan erős, hogy a felszínéről bizonyos szög alatt távozó fény annyira sokat meg tud hajolni, hogy az még a túloldalról is felénk juthat. A forgás miatt pedig mindig más pontjáról jön felénk a fény.
A felszínen forró foltokat is lehet látni, amelyek pici, fényes területekként jelennek meg. Az alábbi animáció mutatja, hogy – lassítva! – fordulatról-fordulatra milyennek látjuk e pulzár felszínének intenzitásviszonyait a NICER-rel:
Az ilyen mérések máris rengeteget elárulnak a neutroncsillagokról, és olyan pontos adatokhoz, illetve olyan természetű megfigyelésekhez jutunk, amilyenek korábban elérhetetlenek voltak. (Vö. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019ApJ…887L..24M/abstract.)
Ez az első ilyen jellegű térkép egy neutroncsillagról, tehát mindenképpen áttörésnek számít a csillagászatban. A megfigyelt forró, fényes helyek pontos asztrofizikai értelmezése még várat magára.
Több magyarázat angolul ebben a videóban: https://www.youtube.com/watch?v=N-n-CZeAxg8.
