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然而中子星的发现则是30年之后的事情。1967年，英国天体物理学家休伊什和他的女研究生贝尔，在用射电天线对天空作巡天观测时，偶然发现了中子星。
我们看见的天体，都是发可见光的。但是有的天体只发无线电波，不发可见光。还有的既发无线电波又发可见光。来自空间的无线电波可以给我们提供许多信息，于是天文学家设计了一些天线装置，专门用来接收来自宇宙空间的无线电波。休伊什设计了一组天线阵，希望全面收集来自宇宙空间的无线电信号。为此他计划做“巡天观测”，即把天空划分成一个个天区，一个一个去扫描接收。他把这个任务交给了贝尔（图2-9）。
图2-9 休伊什、贝尔与他们的天线阵
夏天的一个夜晚，贝尔突然发觉接收的噪声背景中似乎隐藏着微弱的信号，她反复观测反复处理，终于发现确实存在着有规则的脉冲信号。她立刻打电话给自己的老师休伊什，休伊什赶来分析后，确认这是一种来自宇宙深处的规则脉冲。
他们原以为这是外星人在和我们联络，就给这一发现起了个代号叫“小绿人”。后来发现此脉冲信号非常规则，频率和振幅都毫无变化，不可能负载“外星人”的信息。而且不久之后又发现了几个这样的无线电波源，不可能有这么多有智慧的“小绿人”在联络我们。
后来弄清楚了，这是一种以前不了解的星体，它们发出频率严格不变的脉冲，于是称它们为脉冲星。再后来，人们终于弄清楚了，脉冲星就是中子星。
巨大的主序星塌缩成中子星时，恒星具有的磁场在星体塌缩过程中依然保持。但由于恒星体积大为缩小，原来主序星表面并不惊人的磁场在中子星表面显得异常强大，使得大量电子围绕磁力线转动，产生沿磁轴方向的电磁辐射。这种辐射非常强大，就像探照灯的光柱一样射向宇宙深处。
与普通恒星一样，中子星的磁轴与自转轴一般不重合，于是这些“光柱”就随着中子星的自转而在空间中扫描，每扫描地球一次，我们就接收到一个脉冲（图2-10）。
图2-10 脉冲星——中子星
主序星塌缩成中子星时，转动惯量大为减小，但角动量必须守恒，所以中子星的自转角速度极高，可达每秒几百圈，因此地球上观测到的、“光柱”扫描产生的脉冲频率很高。
这就是休伊什和贝尔发现的脉冲星，它们本质上是中子星。科学家终于发现了30多年前就已预言的中子星。
近年来的研究表明，中子星具有复杂的结构。它的主体部分由中子态物质组成，但会有大约百分之一的质子，以及数目相同的电子。
这是因为自由中子不稳定，会衰变成质子和电子，这百分之一的质子，填满了中子可以衰变“抵达”的“基态”，使中子处于稳定状态，不再衰变。中子星外层有一个处于白矮星状态的铁壳，有人认为星体的中心部分还可能处在“夸克态”，好像是一锅“夸克汤”。
中子星表面温度极高，可达上千万摄氏度。由于引力巨大，中子星表面很平，最高的“山峰”也不过10cm。中子星的大气层很薄，也只有大约10cm。