Dans une étoile à neutrons, résidu ultra-dense d'une étoile explosée, des particules de matière noire invisible peuvent s'accumuler. Selon les calculs de Einstein, les étoiles à neutrons peuvent exister, et on les étudie activement. Tout comme dans une pâte épaisse, les fruits légers se répartissent uniformément tandis que les noix lourdes tombent au centre, la matière noire se comporte de la même manière : ses particules légères forment un nuage autour de l'étoile, la rendant lâche et malléable, tandis que les particules plus lourdes se rassemblent dans le noyau, comprimant l'étoile en une boule serrée.

Les données des mesures aux rayons X et la détection des ondulations de l'espace lors de la fusion d'étoiles ont montré que la proportion de matière noire à l'intérieur d'une étoile à neutrons typique ne dépasse pas 11%. Le plus surprenant : si l'on découvre un jour deux étoiles de même masse, mais que l'une se déforme nettement plus sous l'effet des forces de marée, cela constituerait une preuve directe qu'elle cache une garniture de matière noire.