人们后来发现，发出这些射电光源的不是恒星，而是类似恒星的天体——类星体。这些星体距离我们非常遥远，比目前已知的星系距离我们都远。“红移”现象也告诉我们，如此遥远的天体只有产生惊人的能量才能发出光来。据测定，一个典型的类星体的亮度几乎相当于3000亿个像太阳这类恒星的亮度，相当于整个银河系亮度的3倍。天文学家无法找到解释这种类星体有如此大的能量的方法，只得推测它可能是黑洞。后来的发现证明，每个类星体就是一个黑洞，其质量至少是太阳的1亿倍，存在于一个与太阳系直径几乎同样大小的空间中。每个类星体位于一个普通星体的中心，依靠吸收这个星系中的星体物质来补充自己的能源。
类星体的发现，揭示出宇宙中确实存在着巨大的低密度的黑洞。1967年，即发现“红移”现象4年后，天文学家又发现了快速变化的射电源，被人们称作“脉冲星”。乔斯琳·贝尔是“脉冲星”的最早的发现者，他当时还是一名研究生，他在调试一台射电天文望远镜时无意中发现了这种变化快速的射电源。它很像是一种人工的信号，每秒中闪烁几次或几十次，以致有的人把这种射电源解释为某些具有高度文明的外星人为了星际交通的方便而设置的灯塔。当然，这种推测没有什么科学的依据，没有多久就不攻自破了。
然而，如此有规律的和快速脉动的射电源究竟是什么呢？这种脉动只能表明一个压缩得非常紧密的星体在自转或振动。这种星体会不会是旋转的白矮星呢？答案是否定的，因为，白矮星旋转得这样快是会爆炸的。那末，有无可能是比白矮星更大的星体呢？这实际上也不可能，因为它们都旋转和振动得太慢，不足以解释脉冲的变化速度。由此可见，产生脉冲现象的星体一定比白矮星压缩得更紧，密度更大。从理论上讲，这种星体必定是中子星。脉冲星被发现后的几个月内，天文学家认为这种星体肯定是在银河系内部旋转着的中子星。由它们所发出的无线电噪声束，就像灯塔的闪光束一样一闪一闪地掠过地球。科学家们预见到了中子星的存在，同时也推测到如果中子星再增加一点点质量，就是一颗坍缩的星体。
正是在发现脉冲星的那一年，约翰·惠勒为宇宙学创造了“黑洞”这个术语，接二连三的宇宙新发现激起了人们的极大兴趣，人们对爱因斯坦的广义相对论所作出的更为大胆的推断，也极大地激发了人们的想像。不久，在宇宙天文学上，人们又有重大的发现，这一发现为宇宙大爆炸的假说提供了有力的证据。
宇宙大爆炸理论认为，在宇宙的早期，宇宙处于极高温度和极大密度状态，大爆炸后不到1秒钟，温度迅即下降，但仍高达百亿度以上。由于宇宙仍在不断膨胀，温度在几分钟内可下降到10亿度左右，许多化学元素就是在这一时期形成的。大约在离现在不到180～190亿年前的时候，宇宙空间开始形成星云之类的天体，那时的温度可能只有几千度。在距今100—150亿年前，第一代恒星诞生。在大约50亿年前，太阳开始形成。在46～47亿年前，行星和卫星之类的太阳系天体先后形成，并演化成我们今天的宇宙。
何以证明宇宙曾经在几百亿年前曾经发生过一次大爆炸，这是需要一定的宇宙观测和考察才能得到根据的。宇宙大爆炸时充满宇宙的辐射而今仍然充满着宇宙，因为宇宙膨胀了，辐射波也必须相应地延伸以便填满扩展了的空间，这实际上就意味着大爆炸时x射线和射线发出的能量现在已经变成微波形式，波长大约是1毫米。人们用射电望远镜可以测出这种微波。20世纪40～50年代，俄国出生的美国物理学家乔治·伽莫夫与他的同事们粗略地计算出宇宙大爆炸所产生的剩余的背景辐射冷却到今天，其温度是多少。1948年，他们测出的数值约是5X(一268。C)。20世纪60年代早期，有些天文学家已经想到要实际测定背景辐射的温度并由此检验大爆炸模型，他们开始着手研制射电天文望远镜来完成这项工作。美国普林斯顿大学有一个以罗伯特·迪克为首的研究小组，研制出一台背景辐射测试仪。1965年，在离普林斯顿大学30英里的贝尔实验室，有一位叫阿诺·彭齐亚斯的研究员，给迪克打电话，说他和他的同事罗伯特·威尔逊在用射电望远镜观测星空时收到了一些奇怪的无线电干扰波。他们使用的射电望远镜是由通讯卫星上的设备改制的，他们发现无论把这个射电望远镜对准哪个方向，好像都能够收到一个相当于微波辐射的信号，它的温度在3。K以下。迪克接到电话后，马上意识到彭齐亚斯和威尔逊所探测到的是宇宙大爆炸残留下来的背景辐射。他立刻着手调整他的仪器，很快也发现了这种背景辐射，进一步确定了这种发现。后来，科学家们测出，宇宙中充满着微弱的微波背景辐射，其波长约为l毫米，温度是2．730K。
这些发现增加了天文学家的信心，开阔了他们的思路，也证明了宇宙大爆炸模型的真实性。宇宙大爆炸模型对宇宙的起源作了一个比较可信的描绘。因为微波背景辐射的存在表明宇宙确实发生过一次大爆炸。此外，通过对微波背景辐射温度的精确测量，可以推测出宇宙大爆炸时的瞬间温度。对于宇宙大爆炸最初三分钟情形的描述，既不是由宇宙学家完成的，也不是由天文学家完成的，而是由一位物理学家完成的，他的名字叫斯蒂文·温伯格，他后来因这项发现获得了诺贝尔奖。 至于大爆炸中氦是如何形成的课题研究，是由另外几个科学家一起攻克的。20世纪50年代，弗雷德·霍伊尔发起和领导了一个由英国和美国的科学家组成的小组，对氦以及比氦更为复杂的元素在恒星中是怎样合成的问题作了研究。这一研究的意义非常重大。这项研究实质上搞清楚了氦一4核合在一起形成更复杂的原子核的过程。在这之前，该问题的研究一直被视作是一个难点。因为两个氦一4核黏合在一起不可能形成稳定的原子核，人们无法解释在宇宙大爆炸中核的合成为什么在氦的阶段就停止了。霍伊尔领导的小组在实验中，使三个氦一4核互相发生碰撞，在氦一4核能量恰好合适的条件下，产生出碳一12的核。由于存在着核共振这样的量子效应，恒星内部的能量才能达到这样的条件。霍伊尔科学地预言了核共振现象的存在，为解开这个难题作出了贡献。后来，跟霍伊尔一起工作的一位同事威利·福勒因参与这项工作而获得了诺贝尔奖。令人感到奇怪的是，在碳一12的合成问题上作出关键性突破的霍伊尔却与诺贝尔奖无缘。其原因大概是霍伊尔信奉一种奇异的观点，认为来自彗星的病毒有可能会在地球上引起疾病的爆发。英国官方为了安慰霍伊尔，授予他爵士的荣誉。1967年，霍伊尔、福勒和他们的同事罗伯特·威格纳在核合成方面又取得了杰出的成就。在此之前，人们不能解释恒星在核合成时氦是从哪里来的。科学家们根据星体中有75％的物质是氢，25％的物质是氦的事实，科学地解释了其他所有元素的出现及其过程，说明了为什么有些元素比另外一些元素更为普遍地存在。从根源上讲，这些过程都是由于三个氦一4核的共振所引起的。如果宇宙中没有那25％的氦，就不可能产生其他所有的元素。霍伊尔、福勒和威格纳在进一步研究中指出，宇宙大爆炸留下的背景辐射的温度是2．730K，同时，在大爆炸发生的第四分钟末，产生了25％氦和75％氢的混合物。
与此同时，在伦敦的伯克贝克学院工作的罗杰·彭罗斯认为，在每个黑洞中都必定包含着一个奇点，在奇点上，不仅物质消失了，甚至连时空本身也消失了。在这一点上，物理学的规律不起作用了，因而不可能推测出未来会发生什么。为此彭罗斯提出了“宇宙压抑”说，即所有奇点都必定是以隐藏的方式存在着的，自然界是不会接受一个暴露着的奇点的。
霍金在这个问题上产生了极大兴趣，他和彭罗斯开始合作研究奇点问题。他们在研究中肯定了宇宙在大爆炸中有一个确定的时间开端，即有一个奇点，而这个奇点不是隐藏于黑洞之中的奇点。这也暴露出“宇宙压抑”说是有一定漏洞的。
为了解决理论上的矛盾，霍金在奇点问题上作了更为深刻的探讨，提出了新颖的见解。他认为，为了预言宇宙是如何起始的，这就需要在时间的开端处也能起作用的物理学定律。在实时间中存在着两种可能性：或者时间往回追溯一直没有穷尽，或者时间在过去的某一时刻有一开端。人们可以把实时间看作是从宇宙大爆炸起到大坍缩为止的一根直线。与此同时，还可以考虑与实时间相反的另一时间方向，即虚时间。在时间的虚方向中，任何形成宇宙开端或终结的奇点的存在都是没有必要的。这也就是说，在虚时间中，不存在科学定律在此处不起作用的奇点，也不存在人们在该处不得不求助于上帝的边缘，宇宙就是存在，它既不能创生也不能消灭。霍金把“虚时间”的概念引入到宇宙奇点问题的研究上，使得该问题的研究有了突破性的进展。按照他的理解，虚时间也许才是真正的时间，而实时间则仅仅是我们的想像。我们之所以想像出一个实时间，只不过是想通过这个概念来描述我们所设想的宇宙的样子。
由于使用了虚时间，对于宇宙开端的认识，也就更科学了。虚时间既没有开端也没有终结，但它又是有限的。如同在地球上不可能永远继续朝北走下去一样，当你走到最北极的时候，从某种意义上说，你就走到了尽头。但从另一种意义上说，那里并不是真正的终点。因此，霍金说，宇宙在开端处没有边界，因而宇宙是一个自足的整体。由于宇宙是完全自足的，因而它不需要上帝去启动它。
霍金在宇宙开端问题上的认识具有很大的创造性，为真正解决这个问题提供了科学的思路，这也是他在科学研究生涯中最有价值的贡献之一。
