Büyük Patlama'dan yaklaşık 400 milyon yıl sonraki erken evren, astronomların "metal" olarak sınıflandırdığı daha ağır elementlerin tamamen yokluğuyla, yalnızca hidrojen, helyum ve eser miktarda lityumdan oluşan kimyasal bir sadelikle karakterize ediliyordu. Bilim insanları on yıllardır Popülasyon III olarak bilinen ilk yıldızların bu ilksel gazdan oluştuğuna dair hipotezler öne sürseler de, James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) fırlatılmasından önce muazzam mesafeler ve kırmızıya kayma etkisi nedeniyle bu yıldızların tespiti son derece zordu.
İlk olarak 2024'te sunulan ve 2026'daki çalışmalarla doğrulanan JWST verilerinin analizi, Popülasyon III yıldızlarının varlığına dair ilk doğrudan kanıtı sağladı. Araştırmacılar, Büyük Patlama'dan yaklaşık 430 milyon yıl sonrasına denk gelen bir zamanda gözlemlenen ve yüksek kırmızıya kayma değerine sahip GN-z11 galaksisinin halesinde "Hebe" olarak adlandırılan bir radyasyon kaynağı tespit ettiler. Hebe nesnesi, z≈10,6 kırmızıya kayma değeri gösteren GN-z11 galaksisinin merkezinden yaklaşık üç kiloparsek (kpc) uzaklıkta yer alıyor. Uluslararası bir bilim insanı grubu, Hebe bölgesinden gelen ışığın ayrıntılı analizi için JWST'nin Yakın Kızılötesi Spektrografını (NIRSpec-IFU) kullandı.
Elde edilen spektrum; karbon, neon, oksijen ve diğer ağır elementlerin emisyon çizgilerinin tamamen yokluğunu kesin olarak doğrulayarak gazın kimyasal saflığını kanıtladı. Metal oranının sıfır olduğu bir ortama rağmen nesne, 1640 Å dalga boyunda iki kez iyonize olmuş helyumun (HeII) spektral çizgisinde yoğun bir sinyal sergiledi. HeII'nin oluşması için 54,4 elektronvoltun üzerinde enerjiye sahip ultraviyole fotonlar gerekmektedir; bu durum Güneş benzeri sıradan yıldız ihtimalini devre dışı bırakmaktadır. Bu radyasyonun yüksek eşdeğer genişliği (20 Å'dan fazla), bu tür yıldızların başlangıç kütle fonksiyonunun (IMF) üst sınırının en az 500 güneş kütlesi (M⊙) olacağını öngören modellerle uyumludur.
Araştırma ekibi, alternatif açıklamaları titizlikle test etti ve büyük ölçüde reddetti. Yüksek gaz hızlarının öngördüğü kinetik çizgi genişlemesinin dar HeII çizgisinde görülmemesi nedeniyle Aktif Galaksi Çekirdeği (AGN) hipotezi elendi. Yıldız rüzgarları Hebe'nin metalsiz bölgesinde bulunmayan ağır elementlere bağımlı olduğu için Wolf-Rayet Yıldızları olasılığı da dışlandı. Bu modellerin elenmesi, araştırmacıları iyonlaştırıcı kaynağın bir Popülasyon III yıldız kümesi olması gerektiği sonucuna ulaştırdı. HeII çizgisinin parlaklığına dayanarak, bu patlamada oluşan toplam yıldız kütlesinin yaklaşık $2 \times 10^5$ M⊙ olduğu hesaplandı.
Elka Rust liderliğindeki ekip tarafından yürütülen teorik modellemeler, bu ilkel yıldızların on ila yüz güneş kütlesi arasında değişen, çok büyük kütleli nesnelere doğru kaymış bir IMF'ye sahip olduğunu öne sürüyor. Bu gözlem, ağır elementlerin yokluğunun daha sıcak bir çökmeye yol açarak erken evrende aşırı masif yıldızların oluşumunu desteklediğine dair teorileri doğrulamaktadır. Bu devasa yıldızlar, kısa ömürlerini çift-itkisiz süpernovalar olarak tamamlayarak ilk ağır elementleri etrafa saçmış ve böylece sonraki kozmik evrimi mümkün kılmışlardır. Cambridge Üniversitesi'nden Profesör Roberto Maiolino liderliğindeki bir grup tarafından yürütülen ayrı bir çalışma, bu ilksel gaz bulutunun izlerine ilk olarak 2024 yılında rastlamıştı; bağımsız doğrulama ise eşlik eden bir makalede bildirildiği üzere, aynı konumda ve aynı kırmızıya kayma değerinde Hγ çizgisinin tespit edilmesiyle sağlandı.
