最早的恒星诞生于气体聚集的地方
恒星和星系的出现，改变了宇宙的样貌，也改变了其中的物质。最初几乎只有氢和氦的气体形成了恒星，恒星内部又制造出新的元素。恒星释放的一部分物质，后来混入其他恒星和行星的原料中。地球的岩石和构成我们身体的成分，都留下了这段漫长变化的痕迹。
在最早的恒星诞生之前，宇宙中已经有光。来自极其炽热的早期宇宙、保留至今的光，被称为宇宙微波背景辐射。不过，那时还没有发光的恒星。最早的恒星成为宇宙中新出现的光源。
气体并没有均匀地分布在整个宇宙中。在物质更密集的地方，引力吸引着周围的气体。聚集到中心的气体逐渐变热，形成恒星的条件也随之具备。与今天形成恒星的云团不同，最早恒星的原料中几乎没有重元素和尘埃。研究者将遥远宇宙的观测与依据物理规律进行的计算相比较，研究最早的恒星有多重，又是如何诞生的。
星系中的许多恒星诞生于不同的时期
夜空中的星系，是远比单颗恒星庞大的结构。大量恒星、气体和尘埃在引力作用下聚集在一起。暗物质也参与构成这样的结构：它无法通过光直接看见，但可以从引力效应推知它的存在。孕育恒星的云团，分布在星系内的许多地方。
早期星系通过吸收周围的气体，或与其他星系合并，不断发生变化。新到来的气体形成新恒星时，先前诞生的恒星仍在各自的生命历程中前行。所有恒星并不是同时诞生、同时经历相同阶段的。因此，同一个星系里可以既有年轻恒星，也有古老恒星。
天文学家通过遥远的星系研究过去的景象。光到达我们这里需要时间，旅行了很久的光，携带的也是很久以前的星系图景。比较不同距离的星系，再分析恒星的光和气体成分，就能逐步了解星系如何变化。
早期星系的光改变了周围气体的状态
炽热的恒星不仅发出肉眼可见的光，还会发出紫外线。如果氢原子吸收了能量足够高的光，原子核周围的电子就可能被剥离。电子从原子中分离出来的这种变化，称为电离。
在早期宇宙中，电子与原子核原本彼此分离。随着宇宙冷却，它们结合成了原子。恒星和星系的光又将这些原子中的电子剥离出来。这种变化在星系周围广泛发生的时期，被称为再电离时代。光穿过气体的方式也随之改变。
一项使用詹姆斯·韦布空间望远镜的研究，考察了宇宙年龄约为9亿年时的星系。研究者测量更远处一个明亮天体的光有多少能穿过中间的气体，再将结果与韦布测得的星系位置相比较。他们在星系周围找到了光更容易通过的区域，这支持了当时星系的光使周围气体电离的解释。
再电离不会把氢变成另一种元素。原子核的种类保持不变，发生的变化是电子被剥离。这与下一节介绍的核反应不同：在那些反应中，原子核本身发生变化，形成新的元素。
恒星内部和剧烈事件中会产生新的元素
碳和氧并非从一开始就像今天这样丰富。在恒星炽热的内部，原子核相互结合，这个过程称为核聚变。随着恒星演化，氦原子核参与的反应可以形成碳和氧。一颗恒星制造哪些元素、制造多少，取决于它的质量，也就是所含物质的量，以及它所处的演化阶段。
制造元素的途径不只有核聚变。原子核可以吸收称为中子的粒子，随后通过改变核内粒子的反应，成为另一种元素。这种中子俘获过程也发生在年老恒星内部，为一部分比铁重的元素的形成作出贡献。
两颗中子星合并时抛出的物质中，也可能产生重元素。中子星是大质量恒星生命结束时可能留下的一种体积小、密度高的天体。一项重新分析2017年观测到的中子星合并事件光线的研究，发现了锶这种元素的痕迹。这提供了观测证据，表明这类合并是制造重元素的场所之一。
恒星释放的物质会混入周围的气体
即使元素在恒星内部形成，其中的物质也不会立刻进入下一颗恒星。它首先需要离开恒星，混入周围的气体。年老恒星失去外层，或超新星爆发抛出物质时，其中的元素也会一同扩散。不同恒星会留下什么，可以在恒星的死亡中继续了解。
哈勃空间望远镜观测过这样的景象：类似太阳的恒星释放出气体，气体环绕着中心炽热的恒星。天文学家分析这些天体的光，调查释放的气体中包含哪些元素。产生新元素的核反应，与将元素带入太空的物质流动，是两个不同的过程。
释放的物质既包含恒星从一开始就有的成分，也包含新制造的成分。如果其中一部分混入冰冷的气体云，并重新聚集，就可能成为后来恒星和行星系统的原料。还有一部分会扩散到远处，或留在恒星残骸中。因此，这不是所有原料都毫无遗漏地返回的封闭循环。
太阳系的原料中保留着先前恒星的痕迹
形成太阳系的云团中，也混有比太阳更早的恒星留下的成分。太阳、行星和小天体，形成于碳、氧等元素更丰富的气体和尘埃中。氢等一些成分来自早期宇宙，所以不能说构成我们身体或地球的所有物质都由某一次超新星爆发制造。
有些陨石中保留着微小的尘埃颗粒，它们在太阳诞生之前就已形成于其他恒星周围。研究者分析颗粒中原子的种类和比例，追查这些材料可能来自什么样的恒星。不仅遥远天体的光，能够拿在手中的物质，也提供了探索太阳诞生前历史的线索。
今天的银河系中，也同时存在年轻恒星、古老恒星、孕育恒星的云团和恒星残骸。本文所说的恒星与星系的时代，指的是这些变化持续展开的宇宙历史。它与一颗恒星依靠氢核聚变发光的主序阶段，讨论的范围不同。如果想进一步了解一团云中如何形成新恒星，可以继续阅读恒星的诞生。