中子星是天文上一类十分致密的星体,质量介于白矮星和黑洞之间,核心密度远远超过饱和核物质密度,且旋转速度极快,从形成到最后冷却过程中,发射的电磁光谱包含从极高能伽马射线暴,X射线暴到低能光谱的各个电磁波段。如今中子星的研究已经不像以往单单靠光学电磁波段来获得信息了,随着多信使天文观测手段的发展,我们已经能够从引力相互作用方面出发的引力波信号,从电磁相互作用方面出发的中子星旋转脉冲信号,从弱相互作用方面出发的中子星内部中微子信号,以及从强相互作用方面出发的中子星内部核核作用信号,这四个方面全面地描述中子星物理。中子星的质量范围一般限制在一个区间内,下限质量称为钱德拉塞卡质量极限,低于这个质量将无法形成中子星而演变成白矮星,上限称为奥本海默质量极限,高于此极限时,星体将不可避免地坍缩成为黑洞。2010年之前,在观测条件不足的情况下,中子星的质量一般认为大约集中在1.5倍太阳质量附近,半径在11 km-12 km之间。期间的工作主要集中在状态方程层面进行研究,最初将中子星看作由均匀的核物质组成,利用核物理中对称核物质的性质推测中子星不对称核物质的性质,研究对称能对中子星的影响。之后的研究发现,将中子星看成均匀核物质球体显然不合理,通常认为中子星像原子核一样可能也会存在壳层结构,分为壳层区域和核层区域。壳层区的外壳部分由于密度比较低,由原子核和自由电子费米气体构成,现在研究得比较清楚。对于内壳部分,密度在核物质密度附近,这部分的研究涉及中子滴线物理,中子超流物理以及可能存在Pasta相变物理,在此区域最近也有很多好的工作。相比较壳层区域,核层区域的物理拥有更多的不确定性和挑战性。核层区域由于其高密度特性,原子核已经不复存在,但是取而代之的也不一定就是中子与质子,可能存在由自由中子、质子、电子以及μ子构成的β平衡物质。高密度也可能让质子结合成超导体,也有可能让核子发生超核相变转变成超子,甚至可能由介子的玻色子特性而形成玻色凝聚,以及核子解禁闭出夸克物质,更甚者有研究人员认为还有可能存在奇子物质。当然更为合理的想法认为以上的物质形态可以共存。如此多可能存在的物质形态加之壳层的物质,我们很难构建一个统一的状态方程去描述整个中子星。相反我们只能依赖模型对中子星内部物质进行描述,对于重子物质存在的区域,研究的方向有两个,一个是唯象-微观模型,利用基于Skyrme相互作用平均场或基于介子交换的相对论平均场理论,该理论下描述中子星性质能够大部分满足核物质的有关特性。更为有利的描述是基于微观多体Brueckner-Hartree-Fock理论,以及他的相对论Dirac-Brueckner理论,相比较于平均场理论,Brueckner理论吸收了Brueckner-Bethe-Goldstone展开,在实验饱和核物质密度处能很好地处理三体核力,在描述包含超子中子星方面更具优势。另一方向,便是从现实核力出发,从头推导,在处理少体问题较为理想,一旦处理多体问题,计算量将成倍增加。对于涉及夸克相存在的区域,特别是高能自由夸克,能够描述其渐进自由和夸克禁闭效应最好的理论为量子色动力学,但在中子星内部一般很难达到如此高的密度以至于拥有夸克渐进自由效应。一般认为中子星内部可能会存在强子夸克相变的可能,而且具有很强的模型依赖性,最早的模型有MIT口袋模型,将重子看由三个夸克构成的口袋,口袋内部真空压强为不变的常数,在MIT口袋模型下,口袋内部可以很好地描述夸克渐进自由效应,但是口袋边界由于存在巨大外势,使得微扰方法不在适用。进一步优化的模型常见的有基于重子相互作用通过夸克之间交换介子的夸克-介子耦合模型,以及基于手征对称性破缺理论的Nambu–Jona-Lasinio模型。虽然多信使天文手段得以发展,特别是近些年来中子星融合GW170817引力波事件,给中子星物理描述带来前所未有的契机。但是最近天文连续观测到大质量中子星的存在,从2010年大质量中子星PSR J1614-2230的发现,到2013年超过2倍太阳质量中子星PSR J0348+0432的存在,再到2019毫秒脉冲星MSP J0740+6620的2.14倍太阳质量的确定,这些事实又给中子星物理带来了前所未有的挑战。如何确定中子星内部物质存在的形态,如何在该物态前提下确定其相互作用并构造状态方程,如何使所得的物态方程能够支撑如此大的中子星质量且又能符合天文观测的数据,这些问题都十分具有挑战性。本论文主要考虑到中子星状态方程的不确定性因素,在相对论平均场理论框架下,研究了超子物质对中子星内部结构的影响,构造能够描述大质量中子星内部结构的状态方程。论文的第一章为中子星的背景介绍,包括他的发现和研究历程,以及中子星从超新星爆发到最后冷却的整个形成过程,还阐述了中子星从外壳层到内核层各层的物质结构,并且介绍了中子星最新的研究进展。论文的第二章简单介绍了核多体物理研究的历史,并详细地推导了如何在相对论平均场理论下得到中子星的状态方程以及质量半径关系。论文的第三章考虑了额外的超核相互作用,引入两种奇异介子?与σ*介子,在这之前,关于中子星的描述主要集中在壳层区域的核物质描述,而对于内部超子物质的研究主要困难在于无法解释超子疑惑现象。我们在超核物质的相互作用中考虑了额外的奇异矢量介子?与标量介子σ*,并且考虑了中子星的热效应,通过选取合适的参数组对大质量中子星PSR J0348+0432的性质进行研究,我们可以得到大质量的结果并且给出了PSR J0348+0432中子星的各种数值,该结果可以很好的规避超子疑惑现象。论文的第四章中,由于目前超子-超子之间相互作用耦合参数存在很多的不确定性,且数值只能通过核物质密度处的各种性质拟合得到,我们构建了两种新的超子耦合参数组,分别命名为超子极限模型和超子势阱深度模型。利用它们描述大质量中子星PSR J0348+0432的性质,以及在描述其性质时的异同点,给出两种超子耦合参数模型各自所能描述的中子星质量范围。最后全面回顾总结了本论文研究的内容,对研究过程中出现的问题进行分析和思考,并在此工作的基础上对未来的研究做出可行的展望。