时恒星的半径会进一步减小，电子和质子合并产生中子和中微子，这一过程叫做不可逆β衰变。最终中微子全部飘散，恒星坍缩成一颗依靠中子简并压力平衡引力并且典型半径只有10千米的中子星。中子星的光度非常低，但常常具有高速的角动量和高强度的磁场，这样的中子星被称作脉冲星，最早于1967年被发现。脉冲星所释放的电磁脉冲具有高度的方向性和规律性。关于描述中子星的状态方程人们至今还并未完全了解，但普遍认为质量过大的中子星没有一个稳定的态，它会在引力的作用下持续坍缩为一个黑洞，这个临界条件（大约在3-4倍太阳质量）叫做奥本海默