Wczesny Wszechświat, istniejący około 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu, charakteryzował się prostotą chemiczną i składał się wyłącznie z wodoru, helu oraz śladowych ilości litu, przy całkowitym braku cięższych pierwiastków, które astronomowie klasyfikują jako „metale”. Naukowcy od dziesięcioleci teoretyzowali na temat powstawania pierwszych gwiazd, znanych jako III populacja, z tego pierwotnego gazu, jednak ich wykrycie aż do momentu uruchomienia Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) pozostawało niezwykle trudne ze względu na ogromne odległości i efekt przesunięcia ku czerwieni.
Analiza danych z JWST, wstępnie zaprezentowana w 2024 roku i potwierdzona w badaniach z roku 2026, dostarczyła pierwszych bezpośrednich dowodów na istnienie gwiazd III populacji. Badacze zidentyfikowali źródło promieniowania o nazwie „Hebe” w halo galaktyki GN-z11 o wysokim przesunięciu ku czerwieni, widocznej w stanie sprzed około 430 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Obiekt Hebe znajduje się w odległości około trzech kiloparseków (kpc) od centrum galaktyki GN-z11, której przesunięcie ku czerwieni wynosi z≈10,6. Międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał spektrograf bliskiej podczerwieni JWST (NIRSpec-IFU) do przeprowadzenia szczegółowej analizy światła emitowanego z obszaru Hebe.
Uzyskane widmo jednoznacznie potwierdziło brak linii emisyjnych węgla, neonu, tlenu oraz innych ciężkich pierwiastków, co stanowi dowód na chemiczną czystość gazu. Mimo środowiska o zerowej metaliczności, obiekt wykazał intensywny sygnał w linii spektralnej dwukrotnie zjonizowanego helu (HeII) przy długości fali 1640 Å. Do wygenerowania sygnału HeII niezbędne są fotony ultrafioletowe o energii przekraczającej 54,4 eV, co wyklucza typowe gwiazdy podobne do Słońca. Wysoka szerokość równoważna tej emisji (powyżej 20 Å) jest zgodna z modelami przewidującymi górną granicę początkowej funkcji mas (IMF) takich gwiazd na poziomie co najmniej 500 mas Słońca (M⊙).
Zespół badawczy skrupulatnie zweryfikował i w dużej mierze odrzucił alternatywne wyjaśnienia. Hipoteza o akreującej supermasywnej czarnej dziurze (AGN) została oddalona, gdyż w wąskiej linii HeII nie stwierdzono kinetycznego poszerzenia, jakiego należałoby oczekiwać przy wysokich prędkościach gazu. Wykluczono także obecność gwiazd Wolfa-Rayeta, ponieważ ich wiatry gwiazdowe wymagają obecności ciężkich pierwiastków, których brakuje w sterylnym metalicznie obszarze Hebe. Eliminacja tych modeli doprowadziła badaczy do wniosku, że źródłem jonizacji musi być gromada gwiazd III populacji. Na podstawie jasności linii HeII obliczono całkowitą masę gwiazdową powstałą w tym procesie, którą oszacowano na około $2 \times 10^5$ M⊙.
Modelowanie teoretyczne zespołu pod kierownictwem Elki Roost sugeruje, że te pierwotne gwiazdy charakteryzowały się funkcją IMF przesuniętą ku obiektom o bardzo wysokiej masie, rzędu od dziesięciu do stu mas Słońca. Obserwacja ta wspiera teorie zakładające, że brak ciężkich pierwiastków skutkował gorętszym kolapsem grawitacyjnym, co sprzyjało formowaniu się niezwykle masywnych gwiazd we wczesnym Wszechświecie. Te gigantyczne słońca zakończyły swój krótki żywot jako supernowe z niestabilnością par, rozsiewając pierwsze ciężkie pierwiastki i umożliwiając tym samym dalszą ewolucję kosmiczną. Osobne badanie grupy profesora Roberto Maiolino z Uniwersytetu Cambridge pierwotnie wykryło ślady tej pierwotnej chmury gazu w 2024 roku, a niezależne potwierdzenie uzyskano dzięki detekcji linii Hγ w tej samej lokalizacji i przy tym samym przesunięciu ku czerwieni, co opisano w powiązanej publikacji.
