Las primeras estrellas se formaron unos 300 millones de años después del Big Bang, cuando el universo aún estaba oscuro, a partir de nubes de gas primordiales. Las primeras estrellas estaban hechas de hidrógeno y helio, y ningún otro elemento: cero «metalicidad». En astrofísica, un metal es cualquier elemento más pesado que el hidrógeno o el helio.
Se creía que las primeras estrellas eran enormes, cientos de masas solares, porque el proceso de fragmentación de la materia acababa de comenzar. El universo primitivo era muy homogéneo: solo había pequeñas desviaciones en la distribución uniforme de la materia. Lentamente, estas desviaciones se acumularon y se condensaron en bolsas locales de gas. Este proceso tomó una gran cantidad de tiempo porque la gravedad es relativamente débil cuando aún no hay mucha materia apilada en un solo lugar.
Las primeras estrellas se llaman estrellas de “Población III”, en contraste con las estrellas de Población II que vinieron después de ellas, y las estrellas de Población I como nuestro Sol. Estas estrellas posteriores tienen un contenido de metales mucho más alto, lo que influye en su dinámica de manera importante. Hoy en día, una estrella mucho más masiva que 150 soles no podría existir. Debido a la presencia de oxígeno, nitrógeno y carbono en el núcleo, las reacciones de fusión de hidrógeno se catalizan y la estrella explotaría antes de que tuviera la oportunidad de formarse.
Pero no es así con las primeras estrellas. Estas cosas fueron masivas. Los científicos creen que pueden haber vislumbrado un pequeño destello del brillo de estas estrellas usando el Telescopio Espacial Spitzer. Sin elementos pesados en sus núcleos, estas estrellas fusionaron hidrógeno utilizando el proceso de protones pp, que lleva mucho tiempo. Aún así, debido a su masa extrema, estas estrellas habrían tenido centros muy densos y calientes, acelerando las reacciones. Las primeras estrellas probablemente existieron durante no más de un millón de años. Debido a su extrema distancia, probablemente no podremos observarlos hasta que la tecnología de los telescopios mejore significativamente.