正如其名称所指的那样，中子星几乎是由中子构成的。但这些由恒星演化而来的体积极小密度极高的星体的核心却有可能隐含着包括奇异物质在内的新的物质态——

中子星是由巨大的恒星在衰亡的过程中形成的，是宇宙中最奇异的天体之一。虽然它们的尺寸和一座城市差不多，但是它们的质量一般至少比太阳大40%。因而它们的核心的密度是原子核密度的好几倍。从原理上说，这意味着中子星是我们探索密度超过原子核密度的物质的性质的唯一窗口。但实际上，这一窗口很难打开，因为中子星的光谱信息——天文数据的基础，是极其难以获得的。然而正如卡塔姆（Cottam）等人和桑沃尔（Sanwal）等人分别在《自然》杂志和《天体物理学杂志》上讨论的那样，这种状况有可能得以改观。

长久以来，极高密度物质的性质一直是原子核物理学研究的焦点。在高密度情况下，物质最有可能变得非常富含中子。甚至在这种情况下，中子星的奇异密度可导致诸如超流和超导现象的发生，其中后者发生的转变温度大约为10⁹K，这使中子星成为宇宙中的真正的高温超导体。但是也有人认为中子星的核心以异常形式的物质为主。这些异常物质包括亚原子粒子（如π介子和K介子）的玻色-爱因斯坦凝聚体；由被称为夸克的基本粒子构成的巨大的“夸克包”；以及所谓的奇异物质。

通过中子星了解高密度物质是一项有挑战性的工作，因为观测数据只提供了间接信息。一种方法是限定个体中子星的质量和半径。尤其是当高密度物质可压缩时（如果高密度物质中出现异常物质时，就将发生这种情况。），星体的质量将相对比较小。异常物质的存在还可降低中子星的最大稳定质量。例如，来自装载在人造卫星上的罗西（Rossi）X射线同步探测器的数据表明，4U1820-30号中子星的质量是太阳的2.2倍，这一质量太大，因而其内不会包含异常物质，但该星体的复杂特性使质量的测量具有很高的不确定性。如果中子星的质量大约为太阳的1.4倍，则从理论上可得出其半径的范围为7～15公里。不过，如果我们只考虑基于现代核散射数据的标准模型的话，这一半径范围是不太可能的。虽然许多中子星的质量可根据双星轨道的观测数据估测出来，但是它们的半径却是难以测量的。

天文学家如何才能测量出半径大约仅有10公里而与我们的距离却要超过0¹⁶公里的物体的尺寸呢？其中一种解决办法是利用高分辨率光谱来完成这种测量。我们知道，每种原子或分子都会向外辐射出特定的能谱，由此可在星体发出的光谱中鉴别出某种原子或分子发出的光。星体的引力效应将使观测到的谱线的能量按移动因子1/（1+z）向低值方向移动，其中z称为红移。红移量的大小依赖于星体质量与半径的比值，因此测量出光谱线的移动即可给出星体半径的间接信息。让我们回到上述例子，即设中子星的质量为太阳的1.4倍，则其半径由15公里降至7公里时，将对应于z=0.18～0.56；而z=0.30所对应的典型半径为10公里。但是，迄今X射线测量仪器尚不具备探测上述红移的灵敏度和分辨率。

通过利用光谱性能卓越的钱德拉（Chandra）X射线太空望远镜和X射线多镜仪（或称XMM牛顿望远镜），人们获得了新的观测结果。桑沃尔等人报道利用钱德拉望远镜观测到了编号为1E1207.4-5209的年轻的孤立中子星。他们在光谱中发现了两条能量分别为700和1400 eV（电子伏）的吸收线，他们认为这是强磁场中独自电离的氦原子的标志。这意味着0.12～0.23的红移。与引力一样，磁场（强度大约为1012高斯）对谱线能量也有较大的影响。但是由于无法精确地知道磁场强度的大小，因此桑沃尔等人不敢确信他们已经正确地鉴别出了谱线，也不能断然推翻其他人的解释（例如那些基于回旋特性的解释）。

卡塔姆等人的结果在这方面发挥了作用。他们用XMM牛顿望远镜得到了编号为EXO0748-676的中子星的观测结果，EXO0748-676号中子星是一个正在从一个质量较小的恒星那里积累气体的中子星。由于多种不同的原因，人们认为上述系统中的中子星具有大约10⁷～10⁹高斯的表面磁场。虽然这一磁场与地球上的磁场的标准相比大得惊人（地球的磁场仅为1高斯），但对于原子光谱而言，这些场强太小，不会对能量高于100电子伏的原子的光谱产生明显的作用。因此，由该星体的光谱来确定红移，比根据强场中子星确定红移要相对容易。

卡塔姆等人在一系列X射线爆发过程中对EXO0748-676号中子星进行了观测，这里所说的X射线爆发是指当中子星表面聚集的氢和氦元素足够多时，氢和氦发生热核聚变所放射出的X射线闪光。他们发现了三套强的光谱线，他们认为它们是FeXXVI、FeXXV和OVⅢ的标志。由三种光谱推断出红移为0.35，根据该值可确定EXO748-676号中子星的质量和半径的可能值。采用这种方法永远都要小心谨慎，因为原则上要对许多原子类和许多跃迁过程进行核对。然而，卡塔姆等人给出了一个好的事例，表明FeXXVI、FeXXV和OVⅢ是上述三种光谱的最可能的发射源。如果他们的鉴别是正确的，则红移恰好处于正常中子物质构成的星体所要求的范围之内，而不符合更致密的奇异物质构成的星体模型，尽管仍有异常组分存在的余地。

上述结果的重要性引起了人们的注意。查看来自更多的中子星物质构成的星体的相互独立的红移谱线将是有益的，这可以避免上述两个中子星（1E1207.4-5209和EXO0748-676）的谱线鉴别错误的可能性。此外，如果其他中子星的质量和引力红移是精确的，则高密度物质模型的限制就会显著增强。在上述任何情况下，诸如钱德拉望远镜和XMM牛顿望远镜等高分辨率仪器都能胜任对处于极端环境中的物质的探测任务。

[Nature，2002年11月7日]