Une étoile à neutrons est le vestige d'une étoile explosée, comprimé à la taille d'une ville. À sa surface, un incendie thermonucléaire peut parfois se déclencher : le gaz accumulé explose comme une bombe à hydrogène géante. Après l'éruption, il reste des cendres — un mélange d'éléments lourds qui remonte à la surface et forme une atmosphère brûlante.
Les astrophysiciens ont construit des modèles de ces atmosphères pour quatre compositions de cendres : dominées par l'hélium, le chrome, le fer ou le nickel. Les calculs ont inclus environ 5000 raies spectrales et une nouvelle méthode pour traiter la diffusion de la lumière par les électrons. Il s'est avéré que dans la couche de transition entre les parties transparente et opaque de l'atmosphère, la force de pression de radiation augmente fortement. Cela impose une limite à la luminosité maximale de l'éruption — comme un bouchon qui empêche la vapeur de s'échapper trop vite.
Les spectres modèles ont été comparés aux observations de deux étoiles à neutrons : HETE J1900.1-2455 et GRS 1747-312. Chez les deux, des bords d'absorption sont visibles dans les spectres. Cela impose des contraintes sur la composition de leurs atmosphères et aide à comprendre quelles réactions nucléaires se produisent en profondeur.
L'atmosphère d'une étoile à neutrons n'a que quelques centimètres d'épaisseur, mais elle pèse plus que la Terre entière.