1932年,英国剑桥大学卡文迪许实验室的詹姆斯·查德威克发现了中子,并因此获得1935年5月18日的诺贝尔物理学奖。俄国著名物理学家列夫·朗道及其同事们随即预测存在一种完全由中子组成的星,但他们的想法并没有及时发表。
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1934年,美国威尔逊山天文台工作的沃尔特·巴德和弗里茨·兹威基发表文章称,中子简并压力能够支持质量超过钱德拉塞卡极限的恒星,预言了中子星的存在。为寻找超新星爆炸的解释,他们提议中子星是超新星爆炸后的产物。超新星是突然出现在天空中的垂死恒星,在出现后的几天或整个星期内,在可见光的亮度上可以超越整个星系。巴德和茨威基正确的解释产生中子星时释放出的重力束缚能,供给了超新星的能量:“在超新星形成的过程中大量的质量被湮灭”。如果在中心的大质量恒星在他崩溃之前的质量是太阳质量的3倍,那么在中心可能形成一颗2倍太阳质量的中子星。被释放出来的束缚能(E=mc2 )相当于一个太阳的质量全数转化成能量,这足以作为超新星最后的能量来源。
第二次世界大战爆发前不久,美国物理学家罗伯特·奥本海默和沃尔科夫提出了系统的中子星理论,认为在质量与太阳相似的恒星内部可以达到简并中子的流体静力学平衡,但是并没有引起天文学界的重视。
1965年,安东尼·休伊什和Samuel Okoye在1054年的超新星(天关客星)爆炸后的残骸"蟹状星云发现了一个异于平常的高电波亮度温度源"。
1967年,剑桥大学卡文迪许实验室的乔丝琳·贝尔和安东尼·休伊什发现了有规律的无线电脉冲,随后被推断来自于旋转中的中子星,而且极大数量的中子星都属于此类。
1968年有人提出脉冲星是快速旋转的中子星。
1969年,在1054年超新星爆发的残骸蟹状星云中,发现了一颗射电脉冲星(中子星),证明了脉冲星、中子星和超新星之间的关系。
1971年,里卡尔多·贾科尼等人发现半人马座的X射线源半人马座X-3具有4.8秒的周期,他们解释这是一颗炙热的中子星环绕者另一颗恒星的结果,能量来源是持续不断掉落至中子星表面的气体释放出的引力势能。这是第一颗证认的X射线双星。
在1974年,安东尼·休伊什因为在脉冲星的发现上所扮演的角色而获得诺贝尔物理学奖,但是共同的发现者Samuel Okoye和乔丝琳·贝尔并未一同获奖。