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然而，在黑暗中并没有发生任何事情，但是人类还没有观察到它。因此，这个时期实际上可以被称为宇宙进化史中未知的黑暗部分。在下一代大口径天文望远镜的帮助下，人类有望观测到更遥远的宇宙，并有可能到达宇宙的黑暗时代。关于这一时期宇宙的演变，特别是“如何结束黑暗时代”的问题，国际社会目前正在从理论和实验两方面进行探索，以解开“黑暗时代”的谜团
初始恒星
虽然初始恒星的形成发生在遥远的宇宙早期，但它实际上是一个与我们自身起源有关的重大事件这可以从以下事实中理解大爆炸后不久，宇宙中只有氢和氦等轻元素，但地球上除了这些元素还有许多其他元素。例如，人体主要由氧、碳、氮和其他元素组成。另一个例子是，地球主要由铁(Fe)、硅(si)、镁(Mg)等元素组成，而氢(h)、氦(he)等早期宇宙中的主要元素只占一小部分。宇宙中何时何地合成了碳和铁等重元素？
超高温和超高密度是核聚变形成新元素的必要条件在大爆炸后的早期，宇宙处于超高温和超高密度的状态，因此它也是通过核聚变形成新元素的最理想的地方。然而，在元素合成的初始阶段(大爆炸后约100秒)，物质的密度非常低，无法形成比氦更重的元素。在那100秒之前的早期，元素合成还没有发生，因为宇宙充满了光子。从光子的总体分布来看，尽管高能光子(伽马射线)只占光子的一小部分，但它们的数量仍远远多于原子核因此，在那种状态下，即使原子核形成了，它也会很快被高能光子的冲击所摧毁。随着宇宙的膨胀，光子的能量继续下降，氘(氘)的合成开始加速，从而合成氦核。那么，构成地球和人体的元素是在哪里形成的呢？恒星是能够有效合成比碳重的元素的地方。像太阳一样闪耀的恒星可以在其中心发生核聚变反应，从而将较轻的元素合成为较重的元素。核聚变产生的巨大能量支持了恒星的自我吸引。行星内部合成的重元素通过“恒星风”释放到太空，或者在超新星爆炸时扩散到宇宙中。随着时间的推移，含有这些重元素的星际气体会重组并形成新的星系。如此反复，构成人体和地球的元素逐渐形成。这就是为什么我们被称为“星星的孩子”在模拟的开始，宇宙中的一切
都有一个开始。在“黑暗时代”，宇宙中只有由氢和氦组成的原始气体，原始恒星就是在这些气体上形成的。恒星形成后，重元素在内部形成，最后在内部形成的重元素以超新星爆炸的形式迅速扩散到太空。这是一切开始的地方，然后是星系、行星和我们生命的形成。毫无疑问，这些“初始恒星”肯定存在于宇宙的早期，但迄今为止，它们还没有被任何观测手段捕捉到。他们在遥远的时代消失了吗？
第一代恒星形成的理论研究尤为重要，因为通过近年来精确的天文观测，我们对宇宙早期的物质分布有了详细的了解，标准宇宙模型已经基本确定。此外，宇宙初始恒星形成过程中的引力、气体力学和化学反应等要素基本上可以在实验室中得到证实。换句话说，如果充分利用现代物理知识和技术进行深入研究，第一代恒星的形成问题应该得到合理解决。天文学家
通过超级计算机模拟追踪了第一代太阳大小恒星的形成。使用超级计算机进行模拟实际上是早期宇宙中的一个实验。宇宙中第一个天体是什么？这个问题一直是天文学中的一个谜。恒星或黑洞是在宇宙开始时形成的吗？计算机模拟得出结论，当时每颗恒星都是独立诞生的。当然，这一结论最终仍需观察证实。
超级计算机的模拟结果可以概括如下:第一，第一代恒星是在宇宙爆炸后约3亿年形成的这应该说是宇宙进化137亿年历史中的一个非常早期的阶段。那时，宇宙中有许多质量是太阳一百万倍的暗物质团块。它们不断积累周围的原始气体，并逐渐形成恒星的摇篮——气体分子云。然后，一颗心形的原恒星(相当于恒星胚胎)在气体分子云中形成。它的质量约为太阳质量的1%，中心温度约为绝对温标的10，000度，中心密度约为0.001克每立方厘米，介于水和空气的密度之间。原恒星周围有大量热气，并逐渐向中心聚集，导致恒星质量逐渐增加，最终发展成一颗巨大的恒星。事实上，用模拟得到的气体聚集速度对原恒星演化的理论计算表明，那时可以形成质量超过太阳100倍的恒星。可以看出，第一代恒星可能出生时很小，出生后会继续发展成巨大的恒星。未来
研究的重点是了解第一代恒星的发展程度。当一颗恒星的质量达到太阳质量的300倍以上时，它将会坍缩并在其寿命结束时形成一个黑洞，这可能是超大质量黑洞起源的候选理论。第一代恒星发出的光
第一代恒星的另一个重要功能是发出“原始光”这个原始的点照亮了黑暗的宇宙，并加热了宇宙气体，当宇宙膨胀时，宇宙气体变冷。当一颗恒星的质量达到太阳的100倍以上时，它的光度将超过太阳的100万倍。当宇宙处于数亿年的婴儿期时，第一代亮度无与伦比的恒星在宇宙的黑暗空间中发光，结束了宇宙的黑暗时代。与此同时，恒星发出的紫外线电离中性气体，形成电子和质子的混合等离子体状态，这一过程称为宇宙再电离40年前，宇宙再电离现象一直是天文观测的对象1960年，科学家通过观察遥远地方明亮的类星体，发现了宇宙中元素的类型和数量。然而，令人惊讶的是，科学家在1965年的研究中没有发现大量氢的证据。太空中真的没有氢吗？
事实上，观测结果告诉我们，漂浮在太空中的星系际气体几乎完全处于电离状态。换句话说，没有氢元素，但没有中性氢元素。大量的氢元素几乎都处于电离状态，即裸质子状态，因此在原子吸收光谱上没有留下特征吸收痕迹。随后的观察也证明了星系际气体在早期宇宙中确实是完全电离的。然而，再电离是什么时候发生的？这是天文学的一大奥秘SDSS
日美欧联合观测项目研究小组发现了距离我们120亿光年的类星体，并在其原子吸收光谱中发现了中性氢吸收的痕迹。人们自1960年以来一直在寻找的星系际气体中的中性氢元素终于被发现了！根据这一发现，我们知道再电离过程的最后阶段发生在大约10亿年前的宇宙中。剩下的最大问题是再电离是如何发生的。毫无疑问，第一代恒星在宇宙再电离的初始阶段发挥了重要作用。然而，为了电离大量的氢，需要大量的大质量恒星。根据标准宇宙模型发展的宇宙结构形成理论，导致再电离的光不仅来自第一代恒星，还包括质量较高的下一代天体，如可称为“星系”的星团(原星系)星系的形成涉及更多的因素，比原恒星的形成更复杂。
天文观测用下一代望远镜可以探索原始星系的形成过程。新一代太空望远镜詹姆斯·韦伯望远镜(JWST)和日本也在建造直径超过30米的巨型地面望远镜。这些望远镜的重要任务之一是研究宇宙的黑暗时代。此外，直接观察星系际气体电离状态的研究计划也正在进行中。因此，有必要尝试捕获中性氢元素发射的波长为21厘米的特征无线电波。使用射电望远镜阵列描绘氢元素初始分布的计划也在进行中。到2025年，人类有望看到“宇宙的曙光”。
谜一般的天体“卑弥呼”
许多研究结果表明，早期宇宙中的天体在早期阶段已经达到进化的晚期阶段。美国卡耐基研究所和日本国家天文台的研究人员发现了早期宇宙中一个不可思议的巨大天体，叫做卑弥呼。卑弥呼的直径为55000光年，非常明亮。作为宇宙中的早期天体，它的大小是罕见的，相当于现在星系盘的直径。这种天体由于莱曼α射线而发出强光，被称为莱曼α斑点。这个斑点意味着“可以四处扩散的粘性液体”对于卑弥呼为什么会发出强烈的莱曼阿尔法射线，还没有明确的答案。在8亿年前的宇宙中，如果有这样一个巨大的星系，现代宇宙结构的形成和星系形成的理论可能需要大大修改。
人们用莱曼α射线发现了比早期宇宙中的卑弥呼小得多的明亮天体。日本的斯巴鲁
对此做出了巨大贡献宇宙中最远的星系也是用昴宿星望远镜发现的。然而，迄今为止观察到的最远的星系仍然不是宇宙中的原始星系。它们的体积和亮度达到了现代望远镜所能观察到的水平，这表明这些天体已经活跃了很长一段时间，并且已经演化成足够大的质量。根据理论，原始星系的质量大约是太阳的1亿倍。如果这些星系在原始宇宙中反复碰撞和合并，最终形成一个像卑弥呼这样的巨大天体，宇宙应该在黑暗世代结束后立即进入碰撞和合并活动期。超大质量黑洞
的起源最终引出了天文学中另一个尚未解决的关于“黑暗时代”的问题2002年，美国SDSS研究小组宣布发现了宇宙中最远的类星体，命名为“SDSS-J1148+5521”(阿拉伯数字表示该天体在天球上的坐标，即天体的球形位置)这个类星体离我们大约130亿光年。它的特点是:可以在从无线电波到可见光的所有波长上观察到它；在中心有一个巨大的黑洞，其质量是太阳的30亿倍。它的外围富含碳、氧、镁和铁等重元素。远红外望远镜的观测结果表明，它周围有大量的宇宙尘埃。由于这些天体存在于早期宇宙，它们的起源仍然是个谜。这是现有的宇宙形成理论无法解释的现象。
事实上，人们对质量超过太阳十亿倍的超大质量黑洞的形成一无所知。到目前为止，我们知道在许多星系的中心有巨大的黑洞，并且这些黑洞的质量和星系中心的质量之间有明显的相关性，这表明黑洞的形成在星系的形成中起着非常重要的作用。然而，SDSS类星体的质量以及它们存在于早期宇宙的事实不禁提醒人们，这样的黑洞比星系更早诞生。
超大质量黑洞的起源是现代天文学中最大的谜团之一，国际上已经提出了各种理论模型。其中一种观点认为，第一代恒星在演化的最后阶段，由于重力的作用，形成了黑洞，然后继续积聚周围的气体，质量不断增加，变得越来越大，最终形成了超大质量黑洞。然而，黑洞积累周围物质的速度是有限的。根据现有的宇宙形成理论，以一颗原始恒星坍缩形成的质量为太阳质量100倍的黑洞为例，如果这个过程要在宇宙8亿年前达到太阳质量的几十亿倍，就必须以接近增长和演化极限的速度增生外部物质，这在天文学中是难以想象的。许多研究人员认为，像超大类星体这样的类星体数量很少，只有平稳生长的类星体才能演化成超大质量黑洞。
早期黑洞形成的研究已经成为高能物理领域的一个活跃的研究热点。高能物理学告诉我们，如果中等质量的黑洞反复碰撞和合并，最终成为超大质量的黑洞，当两个黑洞合并时会释放出强大的引力波。有趣的是，由欧洲和美国联合建造的引力波探测项目LISA将能够探测引力波，即使引力波来自遥远的宇宙。根据计划，LISA将于2020年投入使用。如果人们能够成功地观察到黑洞的合并过程，许多关于早期宇宙中天体形成的秘密将可能被解开。
