ビッグバンから約4億年後の初期宇宙は、水素とヘリウム、および微量のリチウムのみで構成される化学的に単純な環境であり、天文学者が「金属」と定義する重元素は全く存在していませんでした。科学者たちは何十年もの間、この原始ガスから形成された最初期の恒星「ポピュレーションIII」の存在を仮説として立ててきましたが、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が打ち上げられるまでは、その膨大な距離と赤方偏移の影響により、検出は極めて困難なままでした。
2024年に初めて発表され、2026年の研究で裏付けられたJWSTのデータ分析により、ポピュレーションIIIの存在を示す初の直接的な証拠が提示されました。研究チームは、ビッグバンから約4億3000万年後に相当する高い赤方偏移を持つ銀河GN-z11のハロー内に、「ヘーベー（Hebe）」と名付けられた放射源を特定しました。このヘーベーは、赤方偏移z≈10.6を示す銀河GN-z11の中心から約3キロパーセク（kpc）離れた場所に位置しています。国際研究チームは、ヘーベー領域から放出される光を詳細に分析するため、JWSTの近赤外線分光器（NIRSpec-IFU）を用いました。
得られたスペクトルからは、炭素、ネオン、酸素などの重元素の輝線が全く見られず、ガスの化学的な純粋さが明確に証明されました。金属量がゼロの環境であるにもかかわらず、この天体は波長1640Åにおいて、2回電離したヘリウム（HeII）のスペクトル線による強力な信号を示しました。HeIIを生成するには54.4電子ボルトを超えるエネルギーを持つ紫外線光子が必要であり、これにより太陽のような一般的な恒星の可能性は排除されます。この放射の等価幅が大きいこと（20Å以上）は、こうした星々の初期質量関数（IMF）の上限が少なくとも太陽質量の500倍（500 M⊙）に達するという予測モデルと一致しています。
研究チームは代替となる説明を精査し、その大部分を退けました。降着する超大質量ブラックホール（AGN）説については、ガスが高速移動する際に予測される運動学的な輝線の広がりがHeIIの狭い輝線には見られなかったため、否定されました。また、ウォルフ・ライエ星の可能性も、その恒星風には重元素が必要とされるものの、金属を欠いたヘーベー領域にはそれらが存在しないことから除外されました。これらのモデルが排除された結果、電離源はポピュレーションIIIの星団であるとの結論に至り、HeII輝線の光度に基づき、このバーストで形成された総恒星質量は約 $2 \times 10^5$ M⊙ と推定されています。
エルケ・ルスタ氏率いるチームによる理論的モデリングは、これら原始的な恒星のIMFが、太陽質量の10倍から100倍という非常に大きな質量を持つ天体側に偏っていたことを示唆しています。この観測結果は、重元素の欠如がより高温での重力崩壊を引き起こし、初期宇宙における極めて大質量な恒星の形成を促進したという理論を裏付けるものです。これらの大質量星は、対不安定型超新星としてその短い一生を終え、最初の重元素を飛散させることで、その後の宇宙の進化を可能にしました。ケンブリッジ大学のロベルト・マイオリーノ教授率いるグループによる別の研究では、2024年にこの原始ガス雲の兆候が初めて発見されていました。その後、付随する研究で報告されている通り、同じ場所かつ同じ赤方偏移においてHγ線が検出されたことにより、独立した裏付けが得られました。
