Une étoile à neutrons est le noyau mort d'une étoile massive, comprimé à la taille d'une ville. Une cuillère à café de sa matière pèse autant qu'une montagne. Les particules de matière noire traversent ce milieu dense presque sans encombre, mais parfois elles percutent des neutrons et restent piégées, comme des balles qui s'enfoncent dans un épais tas de sable. Une fois accumulées au centre, elles libèrent de l'énergie, et l'étoile se réchauffe légèrement.
Si la matière noire peut interagir avec elle-même, le processus est différent. Imaginez une foule qui se fraye un chemin dans un couloir étroit : quand chacun avance seul, la traversée prend du temps ; mais s'ils se tiennent par la main, la progression ralentit et davantage de personnes s'accumulent dans le couloir. De même dans l'étoile : l'auto-interaction aide les particules à rester piégées et à transférer la chaleur plus rapidement. En conséquence, la surface de l'étoile devient plus chaude que sans cet effet.
De telles étoiles froides sont rares, mais elles constituent une cible idéale. Si le James Webb ou le futur télescope de trente mètres détecte un tel objet, cela constituerait un argument sérieux en faveur d'une matière noire auto-interagissante. Les contraintes sur la force de cette interaction seraient des centaines de fois plus strictes que celles obtenues avec le célèbre amas de la Ballette, où des amas de galaxies sont entrés en collision. L'étoile à neutrons devient un laboratoire naturel où la matière invisible se trahit par la chaleur.
Une étoile à neutrons de la taille de Manhattan peut être plus chaude que le Soleil au cours de ses premières années, mais elle se refroidit sur des millions d'années ; trouver une étoile refroidie à mille kelvins, c'est comme découvrir un charbon à peine tiède dans un feu cosmique.
Dans le roman Spin de Robert Wilson, les étoiles à neutrons servent de balises pour un réseau extraterrestre — un peu comme ici, sauf qu'au lieu d'un signal, on capte la chaleur de la matière noire.