Het vroege heelal, ongeveer 400 miljoen jaar na de oerknal, kenmerkte zich door een grote chemische eenvoud en bestond uitsluitend uit waterstof, helium en minieme hoeveelheden lithium, zonder de zwaardere elementen die astronomen als "metalen" bestempelen. Hoewel wetenschappers al decennia theoretiseren dat de eerste sterren – bekend als Populatie III – uit dit oergas zijn ontstaan, bleef de detectie ervan door de enorme afstanden en de roodverschuiving uiterst moeizaam tot de lancering van de James Webb-ruimtetelescoop (JWST).
De analyse van JWST-gegevens, voor het eerst gepresenteerd in 2024 en bevestigd door onderzoek in 2026, heeft nu het eerste directe bewijs geleverd voor het bestaan van Populatie III-sterren. In de halo van het sterrenstelsel GN-z11, waargenomen op een tijdstip van circa 430 miljoen jaar na de oerknal, identificeerden onderzoekers een stralingsbron met een hoge roodverschuiving die de naam "Hebe" kreeg. Het object Hebe bevindt zich op een afstand van ongeveer drie kiloparsec (kpc) van het centrum van GN-z11, een sterrenstelsel met een roodverschuiving van z≈10,6. Een internationaal team van wetenschappers maakte gebruik van de Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec-IFU) van de JWST om het licht uit het Hebe-gebied gedetailleerd te analyseren.
Het verkregen spectrum bevestigde onomstotelijk de volledige afwezigheid van emissielijnen voor koolstof, neon, zuurstof en andere zware elementen, wat de chemische zuiverheid van het gas aantoont. Ondanks de metaalvrije omgeving vertoonde het object een krachtig signaal in de spectraallijn van tweevoudig geïoniseerd helium (HeII) op een golflengte van 1640 Å. De vorming van HeII vereist ultraviolette fotonen met een energie van meer dan 54,4 elektronvolt, wat gewone sterren zoals de zon uitsluit. De hoge equivalente breedte van deze straling (meer dan 20 Å) stemt overeen met modellen die voor dergelijke sterren een bovengrens van de initiële massafunctie (IMF) voorspellen van ten minste 500 zonsmassa's (M⊙).
Het onderzoeksteam heeft alternatieve verklaringen zorgvuldig getoetst en grotendeels verworpen. De hypothese van een accreterend supermassief zwart gat (AGN) werd terzijde geschoven, omdat de smalle HeII-lijn geen kinetische lijnverbreding vertoonde die gepaard gaat met hoge gassnelheden. Ook de aanwezigheid van Wolf-Rayetsterren werd uitgesloten, aangezien hun sterrenwinden afhankelijk zijn van zware elementen die in het metaalvrije Hebe-gebied ontbreken. Door deze modellen uit te sluiten, kwamen de onderzoekers tot de conclusie dat de ionisatiebron een cluster van Populatie III-sterren moet zijn. Op basis van de lichtkracht van de HeII-lijn werd de totale stermassa die tijdens deze uitbarsting ontstond, berekend op ongeveer $2 \times 10^5$ M⊙.
Theoretische modellering door het team van Elky Roest suggereert dat deze primitieve sterren een IMF hadden die verschoof naar objecten met een zeer grote massa, variërend van tien tot honderd keer de massa van de zon. Deze waarneming ondersteunt theorieën dat het gebrek aan zware elementen leidde tot een hetere ineenstorting, wat de vorming van extreem massieve sterren in het vroege heelal bevorderde. Deze massieve sterren beëindigden hun korte leven als "pair-instability"-supernovae, waarbij ze de eerste zware elementen verspreidden en zo de verdere kosmische evolutie mogelijk maakten. Een afzonderlijke studie onder leiding van professor Roberto Maiolino van de Universiteit van Cambridge vond in 2024 al de eerste aanwijzingen voor deze oergaswolk; onafhankelijke bevestiging volgde door de detectie van de Hγ-lijn op dezelfde locatie en met dezelfde roodverschuiving, zoals beschreven in een begeleidend artikel.
