기본입자들이 만들어낸 합성입자들은 생성과 붕괴를 반복했다. 그중 비교적 안정적인 상태인 양성자와 중성자를 포함한 강입자, 그리고 전자와 광자 등이 우주에 남았다. 특히 광자는 강입자보다 16억 배나 많아 우주를 가득 메웠고, ‘광자의 시대’가 도래했다.
빅뱅 후 약 100초가 지났을 무렵 우주 온도는 10억K(109K) 아래로 떨어졌고, 양성자와 중성자의 수가 지금과 같은 7대 1의 비율로 균형을 이루게 됐다. 일정 비율을 맞춘 양성자와 중성자는 이어서 수소와 헬륨, 그리고 리튬의 원시핵으로 합성됐다. 그 후로 38만 년 동안은 별다른 변화 없이 평온한 상태가 계속됐다.
38만 년이 흘러 우주 온도가 3000K까지 떨어지자 우주의 역사에서 또 한 번의 중요한 변화가 일어났다. 앞서 만들어진 수소와 헬륨의 원시핵이 떠돌아다니던 전자를 포획해 각각 중성 수소원자와 헬륨원자로 거듭난 것이다.
이전까지 광자는 떠돌아다니는 전자에 무수히 부딪힌 탓에 제대로 움직일 수 없었는데, 그런 전자가 사라지자 지금과 같은 빛의 속도로 이동할 수 있게 됐다. 이로써 온 우주에 퍼져있던 광자는 동시에 행동을 개시했다. 이를 ‘재조합’이라고 하며, 그때의 빛을 관측한 것이 바로 우주배경복사다.
우주는 점점 식어 수백K까지 떨어졌다. 이 사이 우주에 균등하게 퍼져있던 물질들 사이에 아주 미세한 불균형한 틈이 생기며 물질들은 중력에 의해 서로 뭉치게 됐다. 동시에 빅뱅 후 1000만~2000만 년 뒤 불현듯 나타난 암흑물질이 점점 우주를 메웠고, 암흑물질에 떠밀려난 기존 물질들은 더욱 가까워졌다. 그 결과, 수소원자와 헬륨원자가 모여 기체구름을 형성하면서 최초의 별로 진화할 준비를 마쳤다.
빅뱅 이후 약 2억 년이 흐른 시점, 마침내 최초의 별이 탄생했다. 별이 완성되기 위해서는 수소와 헬륨의 밀도와 온도가 중요한 기준이 된다. 대략 1cm3의 부피에 원자의 수가 5만 개 이하인 저밀도 구름이 수백K까지 식으면 무거운 별이 형성된다(참고로 물에는 1cm3 당 약 3X1022개의 분자가 들어있다).
기체구름은 자체 중력에 의해 더욱 수축되면서 온도가 높아졌고, 이에 따라 수소원자와 헬륨원자는 전자를 빼앗겼다. 그리고 여기서 온도가 더 올라가면서 일련의 핵융합 반응이 시작돼 빛을 내보내기 시작했다. 이로써 태초의 작은 입자는 우주의 거대 물체로 거듭나게 됐다.
하지만 너무 컸던 최초의 별은 수억 년 만에 운명을 다하고 말았다. 우리은하와 태양계를 만들 씨앗들을 남기고.
