Ein Thorne-Żytkow-Objekt (TŻO) ist ein hypothetischer Stern in einem hydrostatischen Gleichgewicht, in dessen Kern sich ein Neutronenstern befindet. Benannt ist das TŻO nach den beiden Astronomen Kip Thorne und Anna Żytkow, die eine erste Beschreibung eines solchen Sterns gegeben haben
Neutronensterne entstehen überwiegend als Folge einer Supernova, die die äußere Hülle des Vorläufersterns abwirft. Daher entstehen Thorne-Żytkow-Objekte nicht in Einzelsternen, sondern nur unter besonderen Umständen in Doppelsternsystemen. Es werden vier Entwicklungskanäle vermutet:
Ein Roter Riese expandiert so weit, dass ein ihn begleitender Neutronenstern innerhalb der gemeinsamen Hülle seine Bahn zieht. Aufgrund der Reibung sinkt der Neutronenstern in den Kern des Roten Riesen und verdrängt ihn. Allerdings würde der Neutronenstern durch Akkretion wahrscheinlich so starke Jets ausbilden, dass der Rote Riese schon vor der Verschmelzung zerstört wird
Eine Kollision eines Neutronensterns mit einem massiven Hauptreihenstern in einem Sternhaufen mit einer hohen stellaren Dichte
Eine unsymmetrische Supernovaexplosion treibt den frisch geborenen Neutronenstern in seinen Begleiter in einem Doppelsternsystem
Durch Massenaustausch verringert sich die Umlaufbahn in einem Röntgendoppelstern bestehend aus einem Blauen Überriesen und einem Neutronenstern bis der kompakte Stern in die Atmosphäre des Überriesen eintritt
Thorne-Żytkow-Objekte sollten entweder Rote Riesen oder Überriesen mit sehr speziellen Eigenschaften sein. Aufgrund des Neutronensterns in ihrem Kern erreichen sie eine um mehrere Größenordnungen höhere Dichte als normale Sterne, weshalb in ihrem Inneren abweichende thermonukleare Reaktionen ablaufen können. Diese Reaktionen sollten große Mengen an Lithium und Elemente aus dem r-Prozess sowie p-Prozess entstehen lassen. Es ist allerdings nicht klar, ob diese Elemente auch an die Oberfläche transportiert werden, wo sie nachgewiesen werden können. Theoretische Simulationen lassen vermuten, dass sich ein Thorne-Żytkow-Objekt in einen Soft Gamma Repeater bzw. ungewöhnlichen Röntgenpulsar entwickeln könnte. Dafür wird angenommen, dass die Ausbrüche dieser eruptiven Sterne durch eine sporadische Akkretion aus einer Fallback-Disk entstehen.
Die Lebensdauer von Thorne-Żytkow-Objekten ist wahrscheinlich recht kurz, weil der Neutronenstern den ehemaligen Kern seines Gaststerns akkretiert und nach Überschreiten der Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze in ein Schwarzes Loch kollabiert. Die Anzahl der Thorne-Żytkow-Objekte in der Milchstraße sollte zwischen 20 und 200 betragen, unter der Annahme einer Lebensdauer von 100.000 bis 1.000.000 Jahre