Ранняя Вселенная, существовавшая примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва, характеризовалась химической простотой, состоящей исключительно из водорода, гелия и следовых количеств лития, при полном отсутствии более тяжелых элементов, классифицируемых астрономами как «металлы». Ученые десятилетиями выдвигали гипотезы о формировании первых звезд, известных как Популяция III, из этого первозданного газа, однако их обнаружение оставалось крайне затруднительным из-за колоссальных расстояний и эффекта красного смещения до запуска космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST).
Анализ данных, полученных с помощью JWST, первоначально представленный в 2024 году и получивший подтверждение в исследованиях 2026 года, предоставил первое прямое свидетельство существования звезд Популяции III. Исследователи выявили источник излучения, получивший обозначение «Геба» (Hebe), в гало галактики GN-z11 с высоким красным смещением, наблюдаемой на времени, отстоящем примерно на 430 миллионов лет после Большого взрыва. Объект Геба расположен на расстоянии около трех килопарсек (кпк) от центра галактики GN-z11, которая демонстрирует красное смещение z≈10.6. Международная группа ученых использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRSpec-IFU) для детального анализа света, исходящего из области Гебы.
Полученный спектр однозначно подтвердил полное отсутствие эмиссионных линий углерода, неона, кислорода и других тяжелых элементов, что доказывает химическую чистоту газа. Несмотря на среду с нулевой металличностью, объект продемонстрировал интенсивный сигнал в спектральной линии дважды ионизированного гелия (HeII) на длине волны 1640 Å. Для генерации HeII требуются ультрафиолетовые фотоны с энергией, превышающей 54.4 электронвольта, что исключает обычные звезды, подобные Солнцу. Высокая эквивалентная ширина этого излучения (более 20 Å) согласуется с моделями, предсказывающими верхний предел начальной массовой функции (НМФ) таких звезд не менее 500 солнечных масс (M⊙).
Команда исследователей тщательно протестировала и в значительной степени отвергла альтернативные объяснения. Гипотеза об Аккрецирующей Сверхмассивной Черной Дыре (AGN) была отклонена, поскольку в узкой линии HeII отсутствовало кинетическое уширение линий, предсказываемое высокими скоростями газа. Возможность наличия Звезд Вольфа-Райе также была исключена, поскольку их звездные ветры зависят от тяжелых элементов, отсутствующих в лишенной металлов области Гебы. Исключение этих моделей привело исследователей к выводу, что ионизирующим источником должно быть скопление звезд Популяции III. На основе светимости линии HeII выведена суммарная звездная масса, сформировавшаяся в этом всплеске, которая составляет приблизительно $2 imes 10^5$ M⊙.
Теоретическое моделирование, проведенное командой под руководством Элки Руста, предполагает, что эти примитивные звезды имели НМФ, смещенную в сторону объектов с очень большой массой, от десяти до ста масс Солнца. Это наблюдение подтверждает теории о том, что отсутствие тяжелых элементов привело к более горячему коллапсу, благоприятствуя формированию чрезвычайно массивных звезд в ранней Вселенной. Эти массивные звезды завершили свои короткие жизни в виде сверхновых с парой нестабильности, рассеивая первые тяжелые элементы и тем самым делая возможной последующую космическую эволюцию. Отдельное исследование, проведенное группой под руководством профессора Роберто Майолино из Кембриджского университета, первоначально обнаружило признаки этого первозданного газового облака в 2024 году, а независимое подтверждение было получено благодаря обнаружению линии Hγ в той же локации и при том же красном смещении, как сообщается в сопутствующей работе.
