عندما ينفجر نجم ضخم على شكل مستعر أعظم، يتبقى كرة فائقة الكثافة — نجم نيوتروني. حجمه بحجم مدينة، لكنه يزن أكثر من الشمس. لو كان الباقي أثقل قليلاً، لتحول إلى ثقب أسود. يمكن أن تتجمع حول هذه النجوم المادة المظلمة الغامضة — وهي مادة غير مرئية، وفقًا لحسابات عالمة الفلك فيرا روبين، نشأت بعد الانفجار العظيم وتملأ الكون.

تخيل كرة ثلج تتدحرج في مساحيق مختلفة. يلتصق المسحوق الخفيف على السطح الخارجي، مما يجعلها رقيقه وكبيرة. أما الكرات المعدنية الثقيلة، على العكس، فإنها تغوص إلى المركز، مكونة كتلة صلبة. هكذا تقريبًا تتصرف المادة المظلمة داخل النجم النيوتروني. الجسيمات الخفيفة تخلق هالة متخلخلة تنفخ النجم، أما الثقيلة فتتجمع في نواة صغيرة تضغطه.

درس العلماء كيف تنعكس هذه التحولات على الأرصاد. الهالة المنتفخة تجعل النجم أكثر مرونة — فهو ينضغط ويتمدد بقوة في حقل جاذبية جاره. يُقاس ذلك عبر الموجات الثقالية — تموجات الزمكان التي التقطتها لأول مرة كواشف صممها راينر فايس. أما النواة المظلمة الكثيفة فتصغر النجم، ويمكن ملاحظة ذلك في الأشعة السينية باستخدام التحليل الطيفي (تحليل الإشعاع). تبين أنه بالنسبة للمادة المظلمة الخفيفة، لا يمكن أن تتجاوز نسبتها حوالي 11%، وإلا لأصبح النجم كبيرًا جدًا. أما الجسيمات الأثقل فيُسمح بكميات أكبر منها.

هذا النهج لا يتطلب معرفة دقيقة بطبيعة المادة المظلمة — فهو يعمل مع أي نظرية تقريبًا خارج النموذج القياسي للفيزياء. وبالتالي، تصبح أرصاد النجوم النيوترونية كاشفًا عالميًا للمادة غير المرئية.