El universo temprano, que existía unos 400 millones de años después del Big Bang, se caracterizaba por su simplicidad química, al estar compuesto exclusivamente por hidrógeno, helio y trazas de litio, con una ausencia total de los elementos más pesados que los astrónomos denominan «metales». Durante décadas, los científicos plantearon la hipótesis de que las primeras estrellas, conocidas como Población III, se formaron a partir de este gas primigenio; sin embargo, su detección resultó extremadamente difícil debido a las distancias colosales y al efecto del desplazamiento al rojo antes del lanzamiento del telescopio espacial James Webb (JWST).
El análisis de los datos obtenidos por el JWST, presentados originalmente en 2024 y ratificados en investigaciones de 2026, ha proporcionado la primera prueba directa de la existencia de estrellas de Población III. Los investigadores identificaron una fuente de radiación, denominada «Hebe», en el halo de la galaxia GN-z11 con un elevado desplazamiento al rojo, observada en una época situada unos 430 millones de años tras el Big Bang. El objeto Hebe se localiza a unos tres kiloparsecs (kpc) del centro de la galaxia GN-z11, que presenta un desplazamiento al rojo de z≈10,6. Un equipo internacional de científicos empleó el espectrógrafo de infrarrojo cercano del JWST (NIRSpec-IFU) para realizar un análisis detallado de la luz emitida desde la región de Hebe.
El espectro obtenido confirmó inequívocamente la ausencia total de líneas de emisión de carbono, neón, oxígeno y otros elementos pesados, lo que demuestra la pureza química del gas. A pesar de este entorno con metalicidad nula, el objeto mostró una señal intensa en la línea espectral del helio doblemente ionizado (HeII) a una longitud de onda de 1640 Å. Para generar HeII se requieren fotones ultravioletas con energías superiores a 54,4 electronvoltios, lo que descarta a las estrellas convencionales similares al Sol. La elevada anchura equivalente de esta emisión (más de 20 Å) concuerda con los modelos que predicen un límite superior de la función inicial de masa (IMF) de dichas estrellas de no menos de 500 masas solares (M⊙).
El equipo de investigadores analizó rigurosamente y descartó en gran medida diversas explicaciones alternativas. La hipótesis de un núcleo galáctico activo (AGN) con un agujero negro supermasivo en acreción fue rechazada, ya que la estrecha línea de HeII carecía del ensanchamiento cinético provocado por las altas velocidades del gas. También se descartó la posibilidad de estrellas Wolf-Rayet, puesto que sus vientos estelares dependen de elementos pesados que no están presentes en la región de Hebe, desprovista de metales. La exclusión de estos modelos llevó a los investigadores a la conclusión de que la fuente ionizante debe ser un cúmulo de estrellas de Población III. Basándose en la luminosidad de la línea HeII, se estimó que la masa estelar total formada en este brote es de aproximadamente $2 imes 10^5$ M⊙.
Las simulaciones teóricas realizadas por el equipo liderado por Elke Rust sugieren que estas estrellas primitivas tenían una IMF desplazada hacia objetos de masa muy elevada, de entre diez y cien masas solares. Esta observación corrobora las teorías de que la ausencia de elementos pesados provocó un colapso más caliente, favoreciendo la formación de estrellas extremadamente masivas en el universo temprano. Estas estrellas masivas terminaron sus cortas vidas como supernovas por inestabilidad de parejas, dispersando los primeros elementos pesados y permitiendo así la evolución cósmica posterior. Un estudio independiente, dirigido por el profesor Roberto Maiolino de la Universidad de Cambridge, detectó inicialmente indicios de esta nube de gas primigenio en 2024, y se obtuvo una confirmación independiente mediante el hallazgo de la línea Hγ en la misma ubicación y con el mismo desplazamiento al rojo, tal como se informa en un trabajo complementario.
