बिग बैंग के लगभग 40 करोड़ साल बाद का शुरुआती ब्रह्मांड रासायनिक रूप से काफी सरल था, जिसमें केवल हाइड्रोजन, हीलियम और बहुत कम मात्रा में लिथियम मौजूद थे, जबकि खगोलविदों द्वारा 'धातु' कहे जाने वाले भारी तत्वों का वहां पूर्ण अभाव था। वैज्ञानिकों ने दशकों तक इस आदिम गैस से 'पॉपुलेशन III' के नाम से ज्ञात पहले तारों के बनने की परिकल्पना की थी, लेकिन जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) के प्रक्षेपण से पहले अत्यधिक दूरी और रेडशिफ्ट प्रभाव के कारण उनकी पहचान करना बेहद चुनौतीपूर्ण बना हुआ था।
JWST से प्राप्त डेटा के विश्लेषण ने, जिसे शुरुआत में 2024 में प्रस्तुत किया गया था और 2026 के शोध में जिसकी पुष्टि हुई, पॉपुलेशन III तारों के अस्तित्व का पहला प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान किया है। शोधकर्ताओं ने 'हेबे' (Hebe) नाम के एक विकिरण स्रोत की पहचान GN-z11 गैलेक्सी के हेलो में की है, जो उच्च रेडशिफ्ट पर स्थित है और बिग बैंग के लगभग 43 करोड़ साल बाद की स्थिति को दर्शाता है। हेबे नामक यह वस्तु GN-z11 गैलेक्सी के केंद्र से लगभग तीन किलोपारसेक (kpc) की दूरी पर स्थित है, जो z≈10.6 का रेडशिफ्ट प्रदर्शित करती है। वैज्ञानिकों के एक अंतरराष्ट्रीय समूह ने हेबे क्षेत्र से आने वाले प्रकाश के विस्तृत विश्लेषण के लिए JWST के नियर-इंफ्रारेड स्पेक्ट्रोग्राफ (NIRSpec-IFU) का उपयोग किया।
प्राप्त स्पेक्ट्रम ने कार्बन, नियॉन, ऑक्सीजन और अन्य भारी तत्वों की उत्सर्जन रेखाओं की पूर्ण अनुपस्थिति की स्पष्ट पुष्टि की, जो गैस की रासायनिक शुद्धता को सिद्ध करता है। शून्य धात्विकता (metallicity) वाले वातावरण के बावजूद, इस वस्तु ने 1640 Å की तरंगदैर्ध्य पर दो बार आयनित हीलियम (HeII) की वर्णक्रमीय रेखा में एक तीव्र संकेत प्रदर्शित किया। HeII उत्पन्न करने के लिए 54.4 इलेक्ट्रॉन वोल्ट से अधिक ऊर्जा वाले पराबैंगनी फोटॉनों की आवश्यकता होती है, जो सूर्य जैसे सामान्य तारों की संभावना को खारिज कर देता है। इस विकिरण की उच्च समकक्ष चौड़ाई (20 Å से अधिक) उन मॉडलों के अनुरूप है जो ऐसे तारों के प्रारंभिक द्रव्यमान फलन (IMF) की ऊपरी सीमा कम से कम 500 सौर द्रव्यमान (M⊙) होने का अनुमान लगाते हैं।
शोधकर्ताओं की टीम ने वैकल्पिक स्पष्टीकरणों का सावधानीपूर्वक परीक्षण किया और उन्हें काफी हद तक खारिज कर दिया। एक 'एक्रेटिंग सुपरमैसिव ब्लैक होल' (AGN) की परिकल्पना को अस्वीकार कर दिया गया, क्योंकि संकीर्ण HeII रेखा में वह काइनेटिक ब्रॉडनिंग (गतिक विस्तार) अनुपस्थित थी, जिसकी भविष्यवाणी उच्च गैस वेगों द्वारा की जाती है। 'वुल्फ-रायेट' (Wolf-Rayet) तारों की संभावना को भी बाहर कर दिया गया, क्योंकि उनकी तारकीय हवाएं भारी तत्वों पर निर्भर करती हैं, जो हेबे के धातु-रहित क्षेत्र में मौजूद नहीं हैं। इन मॉडलों को खारिज करने के बाद शोधकर्ता इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि आयनीकरण का स्रोत पॉपुलेशन III तारों का एक समूह होना चाहिए। HeII रेखा की चमक के आधार पर, इस विस्फोट में बने कुल तारकीय द्रव्यमान का अनुमान लगाया गया है, जो लगभग $2 \times 10^5$ M⊙ है।
एल्की रुस्ट के नेतृत्व वाली टीम द्वारा किए गए सैद्धांतिक मॉडलिंग से पता चलता है कि इन आदिम तारों का IMF बहुत बड़े द्रव्यमान वाली वस्तुओं की ओर झुका हुआ था, जो सूर्य के द्रव्यमान से दस से सौ गुना तक था। यह अवलोकन उन सिद्धांतों की पुष्टि करता है कि भारी तत्वों की कमी के कारण अधिक गर्म संकुचन (hotter collapse) हुआ, जिससे शुरुआती ब्रह्मांड में अत्यधिक विशाल तारों के निर्माण को बढ़ावा मिला। इन विशाल तारों ने अपने संक्षिप्त जीवन को 'पेयर-इंस्टेबिलिटी सुपरनोवा' के रूप में समाप्त किया, जिससे पहले भारी तत्वों का प्रसार हुआ और इस प्रकार बाद के ब्रह्मांडीय विकास को संभव बनाया। कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के प्रोफेसर रॉबर्टो मैयोलिनो के नेतृत्व वाले एक समूह द्वारा किए गए एक अलग अध्ययन में शुरू में 2024 में इस आदिम गैस बादल के संकेत मिले थे, और एक अन्य संबंधित शोध में उसी स्थान और उसी रेडशिफ्ट पर Hγ रेखा की खोज के माध्यम से इसकी स्वतंत्र पुष्टि हुई है।
