在熱大爆炸的最初時刻，宇宙形成了單獨的質子和中子，然后這些質子和中子在最初的幾分鐘內融合在一起，形成了宇宙中第一批元素。我們相信，通過各種各樣的推理，我們知道在宇宙形成一顆恒星之前，這些元素的比例是多少。按質量計算，宇宙是由75%的氫、25%的氦組成。當我們看到氧和碳元素的時候，這表明我們所看到的恒星之前已經有了更早的“第一代”恒星。

在目前觀測的極限下，我們已經在132億年前發現了黑洞，它們的質量相當于太陽的約10億倍，當時宇宙的年齡只有現在的5%左右。這些早期黑洞是如何迅速變得如此巨大的？對我們目前的理論來說，解釋我們所看到的是一個挑戰。例如，我們需要在大爆炸后大約1億年形成一個質量約為太陽10000倍的“種子”黑洞，然后它需要以物理上允許的最大速率成長，才能變成我們所看到的超大質量黑洞。

其結果揭示了星系的非隨機聚集，幫助我們了解宇宙的引力歷史、生長和演化，同時也揭示了暗物質必要性的另一條證據。詹姆斯·韋布太空望遠鏡將利用其紅外儀器繪制0.6平方度的天空，揭示出即使是哈勃也無法看到的星系。如果我們想要了解星系是如何在宇宙時間中成長和演化的，以及它們是如何聚集在一起的，以推斷將宇宙聚集在一起的暗物質網，韋布將會給我們一個前所未有的有價值的數據。

宇宙的最深處

第二個限制是，星系間空間中有中性原子吸收光，至少在我們宇宙歷史的最初5.5億年間如此。這兩個因素都限制了我們目前最深處的望遠鏡所能看到的東西。

再電離并不是一下子發生的，而是一個逐漸發生的過程。當恒星形成時，它們發出紫外線輻射，電離它們遇到的中性原子。早期，那些新形成的離子和電子仍然可以重新組合，但后來，宇宙已經膨脹到足以使它們不再頻繁地相遇。我們有模擬告訴我們再電離過程是如何進行的，但只有詹姆斯·韋布能夠探測到。現在，再電離前的時代被稱為“宇宙黑暗時代”，但韋布將第一次讓所有人看到它。

行星系統是如何形成的

說到我們發現的大多數行星，你可能會驚訝地發現我們從來沒有真正“見過”。我們目前發現的絕大部分系外行星都是通過間接證據，例如徑向速度法、凌日法等。而詹姆斯·韋布在太空中的位置，它的紅外線眼睛，以及直徑6.5米的主鏡，可以對大小為1.5倍地球的系外行星直接成像。