中子星是宇宙中最奇特的物体之一，它扮演着核物理、粒子物理和天文学之间桥梁的角色。一方面，中子星中的物质处于极端物理条件下，这需要基于现有的理论模型计算中子星的状态方程进而预测中子星的性质;另一方面，对中子星的观测可以帮助限制现有的状态方程。目前人们对中子星认识有限，中子星内部除了存在质子、中子之外，还有可能出现超子、夸克等奇特粒子或者介子凝聚等现象。最近地面重离子碰撞等核物理实验限制了核物质对称能、不可压缩系数等性质，天文观测限制了中子星的质量、半径、潮汐形变等性质。如何基于现有的核物理理论、地面核物理实验和天文观测结果约束中子星的物质成分和状态方程是中子星研究的重点之一。　　基于现有的核物理理论、地面核物理实验和天文观测结果，本论文通过两种思路约束中子星的物质成分和状态方程。第一种研究思路:不考虑具体的微观多体理论，基于非对称核物质每核子能的抛物线近似、对称核物质每核子能和对称能的泰勒展开，构建了一种新的参数化状态方程来研究中子星的性质并利用现有的天文观测结果约束状态方程的参数空间。该参数化状态方程的一个优点是方程的参数在饱和密度附近具有确定的物理意义。部分参数已经在实验上进行了限制并且会自然满足现有核物理实验和天文观测限制。第二种研究思路:根据微观多体理论的预测，中子星内部不止会存在质子、中子，还有可能出现超子、夸克或者核物质夸克物质混合相变等。根据传统中子星、超子化中子星、混合星和奇异夸克星的状态方程计算中子星的性质并寻找与模型参数无关的物理量来约束中子星的物质成分和状态方程。　　基于本论文中新构建的参数化状态方程，首先研究了核物质对称能的曲率参数Ksym对中子星壳-核芯临界性质的影响。之后，在2维(L-Ksym)和3维(J0-Ksym-Jsym)参数空间内，研究了天文观测最大质量Mmax=2.01土0.04M⊙、1.4M⊙经典中子星的半径10.62＜R1.4＜12.83km和双中子星合并事件提取的无量纲潮汐形变A1.4≤800对状态方程参数空间的限制。研究发现现有的天文观测可以将参数空间约束在很窄的区域内。无论是2维还是3维参数空间内，由最近GW170817观测得到的潮汐形变上限A1.4≤800对状态方程的约束与现存的限制一致但是更加宽松。然而，未来对中子星及中子星合并事件的观测有望进一步提升对中子星状态方程的约束。　　为了寻找能够约束中子星物质成分和状态方程的物理量，首先利用相对论平均场理论和MIT袋模型研究了传统中子星、超子化中子星和混合星的自转参数。之前有研究发现传统中子星的自转参数最大值为0.7，而奇异夸克星自转参数的最大值可以大于1。对这一研究进行了拓展，发现不止传统中子星，超子化中子星与混合星自转参数最大值均为0.7。此外，发现中子星自转参数最大值为0.7的关键因素之一是壳结构。这提供了一种可能的方法来区分观测到的脉冲星是中子星还是奇异夸克星。之后，基于相对论平均场理论和手征夸克介子耦合模型，研究了转动对传统中子星和超子化中子星核子直接URCA(N-DURCA)过程中微子发射率的影响。转动中子星的中微子发射率是首次计算。转动对传统中子星和超子化中子星N-DURCA过程影响不同，这表明冷却过程有可能区分观测到的脉冲星是传统中子星还是超子化中子星。以上的结论对于理论模型中不同的参数组均成立。