L'Universo primordiale, risalente a circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang, era caratterizzato da una semplicità chimica assoluta, essendo composto esclusivamente da idrogeno, elio e tracce di litio, con una totale assenza di quegli elementi più pesanti che gli astronomi definiscono "metalli". Per decenni, gli scienziati hanno ipotizzato che da questo gas primordiale si fossero formate le prime stelle, note come Popolazione III, ma la loro individuazione è rimasta un'impresa proibitiva a causa delle distanze cosmologiche e del redshift, almeno fino all'avvento del telescopio spaziale James Webb (JWST).
L'analisi dei dati del JWST, presentata inizialmente nel 2024 e confermata da studi del 2026, ha fornito la prima prova diretta dell'esistenza delle stelle di Popolazione III. I ricercatori hanno individuato una sorgente di emissione denominata "Hebe" nell'alone della galassia ad alto redshift GN-z11, osservata in un'epoca risalente a circa 430 milioni di anni dopo il Big Bang. L'oggetto Hebe si trova a una distanza di circa tre chiloparsec (kpc) dal centro della galassia GN-z11, la quale presenta un redshift di z≈10.6. Un team internazionale di scienziati ha impiegato lo spettrografo nel vicino infrarosso del JWST (NIRSpec-IFU) per analizzare dettagliatamente la luce proveniente dalla regione di Hebe.
Lo spettro ottenuto ha confermato inequivocabilmente l'assenza totale di righe di emissione di carbonio, neon, ossigeno e altri elementi pesanti, a riprova della purezza chimica del gas. Nonostante l'ambiente a metallicità nulla, l'oggetto ha mostrato un segnale intenso nella riga spettrale dell'elio doppiamente ionizzato (HeII) alla lunghezza d'onda di 1640 Å. La generazione di HeII richiede fotoni ultravioletti con un'energia superiore a 54,4 elettronvolt, un valore che esclude le stelle ordinarie simili al Sole. L'elevata larghezza equivalente di questa emissione (superiore a 20 Å) è coerente con i modelli che prevedono un limite superiore della funzione di massa iniziale (IMF) per tali stelle di almeno 500 masse solari (M⊙).
Il team di ricerca ha testato meticolosamente e infine scartato le spiegazioni alternative. L'ipotesi di un Nucleo Galattico Attivo (AGN) alimentato da un buco nero supermassiccio è stata respinta poiché la stretta riga dell'HeII mancava dell'allargamento cinetico tipico delle alte velocità dei gas. È stata esclusa anche la possibilità di stelle di Wolf-Rayet, dato che i loro venti stellari dipendono dagli elementi pesanti, assenti nella regione di Hebe priva di metalli. L'esclusione di questi modelli ha portato i ricercatori a concludere che la sorgente ionizzante debba essere un ammasso di stelle di Popolazione III. Sulla base della luminosità della riga HeII, è stata stimata una massa stellare totale formata in questo burst di circa $2 \times 10^5$ M⊙.
Le simulazioni teoriche condotte dal team guidato da Elke Roest suggeriscono che queste stelle primitive avessero una IMF sbilanciata verso oggetti di massa molto elevata, tra le dieci e le cento masse solari. Tale osservazione avvalora le teorie secondo cui l'assenza di elementi pesanti avrebbe causato un collasso più caldo, favorendo la nascita di stelle estremamente massicce nell'Universo primordiale. Queste stelle massicce hanno concluso le loro brevi esistenze come supernove a instabilità di coppia, disperdendo i primi elementi pesanti e rendendo così possibile la successiva evoluzione cosmica. Uno studio distinto, condotto dal gruppo del professor Roberto Maiolino dell'Università di Cambridge, aveva inizialmente rilevato tracce di questa nube di gas primordiale nel 2024, con una conferma indipendente giunta tramite l'individuazione della riga Hγ nella stessa posizione e allo stesso redshift, come riportato in un lavoro correlato.
