빅뱅 후 처음 탄생한 별을 1세대별이라고 한다. 1세대 항성은 제3종족 항성(Pop III Star)이라 부른다. 1세대별은 태초에 양자요동 때문에 생긴 물질과 에너지의 불균일한 분포가 인플레이션 팽창을 타고 널리 퍼진 후 밀도가 높은 지역에서 탄생했고, 금속 함량이 거의 0에 가깝다. 초기 우주에서 쿨런트 역할은 수소 이온화 헬륨(HeH+)이 했을 것이라고 추정된다.
최초의 별들은 상대적으로 무정형이었던 가스덩어리들이 혼돈 속에서 급격하게 붕괴면서 형성된 것 같다. 초기별이 형성될 때에는 수소와 헬륨이외에는 없었다. 이러한 별들에 오늘날에도 수소나 헬륨보다 무거운 원소들이 없는 것을 보면 알 수 있다.
방대한 관측 데이터에 기초하여 실행된 컴퓨터 시뮬레이션에 의하면 최초의 별은 빅뱅 후 1억 년 만에 태어났다. 질량이 태양의 수백~수천 배에 달하여 엄청난 기세로 타오르다가 빠르게 사라졌다. 1세대 별 중에서 가장 무거운 별은 자체 중력으로 계속 수축되다가 블랙홀이 되었다. 질량이 작은 별은 초신성 폭발로 장렬한 최후를 맞이하면서 무거운 원소들을 사방에 살포하여 차세대별의 씨앗이 되었다. 초신성에서 발생한 충격파는 별의 내부를 관통하면서 원자핵의 융합을 촉진했고, 공간을 가로질러 나가는 동안에는 분자구름을 만날 때마다 강하게 압축시켰는데, 이런 지역은 다른 지역보다 밀도가 높기 때문에 자체중력으로 수축되어 차세대 별로 자라났다.
3세대 항성의 질량은 태양의 수백 배 이상일 것으로 추정되어 수명은 수백만 년에 불과하다. 그러나 관측결과 추정한 3세대 상성의 질량은 태양의 12~60배 정도였다. 대부분의 우주 모델이 태양의 50~1000배 정도로 추정한 것과 차이가 있다. 그래서 슈퍼컴퓨터를 이용해서 역대 가장 상세한 우주 시뮬레이션을 한 결과 태양 질량의 8~58배 정도 되는 별이 만들어져 관측과 부합되었다. 이는 3세대 항성에 대한 논란을 해소하고 실체에 좀 더 다가갈 수 있는 결과이다.
빅뱅 직후 우주의 밀도는 지금보다 훨씬 높아 태양 질량의 수십 배~수백 배에 달하는 거대한 별이 탄생했다. 별은 질량이 클수록 중심부의 핵융합 반응이 더욱 격렬해져 밝게 빛나고, 그만큼 연료를 빠르게 소모해 수백만 년 만에 생을 마감한다. 이 거대한 별이 초신성 폭발과 함께 사라지면서 리튬보다 무거운 원소들, 즉 천문학에서 ‘금속’이라고 부르는 원소들을 우주 공간에 남긴다. 초기의 별은 질량이 무거워 핵융합이 빠르게 이루어져 수명이 1억 년도 되지 못했을 것이어서 관측된 적이 없다. 1세대 항성은 지금 하나도 남아 있지 않다. 하지만 그 증거는 확인되었다.
1세대 항성의 ‘흔적’을 오랫동안 찾았지만 포착하지 못하다가 2019년 발견했다는 연구결과가 나왔다. 발견된 곳은 지구로부터 3000만 광년 떨어진 행성상 성운(planetary nebula) ‘NGC 7027’이다. 행성상 성운은 태양 같이 가벼운 별이 핵융합 과정이 끝나고 폭발과 함께 남기는 구름 덩어리이다. 여기서 검출된 수소화 헬륨 이온은 우주탄생 극 초기(빅뱅으로부터 약 10만 년 후)에 생성된 분자로 보인다. 이번에 발견된 것은 빅뱅 직후 우주에서 처음 탄생한 화학적 분자라고 볼 수 있다. 서로 다른 두 원자가 만나 하나의 새로운 분자가 만들어지는, 우주 최초의 화학 결합의 증거를 확인한 것이다.
2026년「네이처 천문학」에 또 1세대 항성의 흔적을 발견했다는 연구가 발표되었다. 가까운 곳이다. 지구에서 약 4만5700광년 떨어진 초소형 왜소은하(Pictor II dwarf galaxy)에 있는 별(PicII-503)이다. 이 연구에서 은하수 밖에서 관측된 별 중에서 이 별이 철과 칼슘 함량이 가장 낮았다. 이 별의 성분은 최초의 별이 낮은 에너지로 폭발하는 초신성을 일으켰을 때 나타나는 패턴과 일치한다. 폭발이 강력하면 그 에너지가 너무 커서 잔해가 작은 은하를 뚫고 우주 공간으로 흩어져 버린다. 약한 폭발의 잔해는 은하 안에 그대로 남아 다음 세대의 별을 만드는 재료가 된다. 그 재료는 우리 몸의 구성성분이 되었다.