质量较大的恒星在主序末期核燃料已经消耗殆净，失去了支撑自身重量的核反应条件，于是整个恒星猛烈地向内坍缩。很快，原子的间距被压缩到最小互相紧挨在一起时，原子核的外层电子轨道都被互相填满，坍缩过程遇到了第一堵墙。外层电子轨道被占满的状态称为“电子简并态”，根据泡利不相容原理，这时会有巨大的简并压来阻止原子被进一步压缩。如果此时恒星质量比较小，那么坍缩就会停止，恒星成为一颗致密的白矮星，我们的太阳在大约100亿年后就会成为白矮星。
如果达到电子简并态时恒星的质量仍然很大，电子简并态也无法阻止恒星进一步坍缩。直到核外电子被强大的压强压进原子核，和质子结合成为中子。这时，整个恒星大部分物质都已经中子化，中子和中子紧密地挤在一起，形成“中子简并态”，并产生更大的简并压来阻止恒星进一步坍缩。这是阻止恒星坍缩的第二堵墙，也是最后一堵。如果此时恒星质量小于1.4倍的太阳质量，坍缩就此终止，整个恒星变成了一个主要由中子组成的巨大的“原子核”，一颗中子星就诞生了。
在中子星诞生的整个过程中，虽然外层在不断地损失质量，但是体积压缩得更快，从一颗巨大的恒星压缩成为地球上一座高山的体积。这带来两个后果，一是温度急剧升高，一是自转速度极度增加。中子星诞生初期的温度大约是10∧12开尔文，中子星的自转周期在几毫秒到几秒之间。
中子星由于引力强大，会不断地从附近的恒星“偷取”质量，在其赤道周围形成吸积盘，同时由于磁场作用，从其两极喷射粒子，形成喷流。在这个过程中，消耗的主要是中子星的角动量，同时温度也在不断降低。如果周围没有足够的物质被吸引过来引发新的核反应，中子星的这个状态会长期进行下去，自身逐渐冷却。自转逐渐减慢。直到后来，失去了大部分角动量和热量，不再发光也不再喷射物质，成为一颗死亡的中子星。
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