Vũ trụ sơ khai, tồn tại khoảng 400 triệu năm sau vụ nổ Big Bang, được đặc trưng bởi sự đơn giản về hóa học khi chỉ bao gồm hydro, heli và một lượng nhỏ liti, đồng thời hoàn toàn vắng bóng các nguyên tố nặng hơn mà giới thiên văn học gọi là "kim loại". Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã giả thuyết về sự hình thành của những ngôi sao đầu tiên được biết đến với tên gọi Quần thể III từ luồng khí nguyên sơ này, tuy nhiên việc phát hiện ra chúng vẫn là một thách thức cực kỳ lớn do khoảng cách xa xôi và hiệu ứng dịch chuyển đỏ cho đến trước khi kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đi vào hoạt động.
Phân tích dữ liệu từ JWST, vốn được trình bày lần đầu vào năm 2024 và được củng cố bằng các nghiên cứu vào năm 2026, đã cung cấp bằng chứng trực tiếp đầu tiên về sự tồn tại của các ngôi sao Quần thể III. Các nhà nghiên cứu đã xác định được một nguồn phát xạ được đặt tên là "Hebe" trong quầng của thiên hà GN-z11 có độ dịch chuyển đỏ cao, được quan sát tại thời điểm khoảng 430 triệu năm sau Big Bang. Đối tượng Hebe nằm cách trung tâm thiên hà GN-z11 khoảng 3 kiloparsec (kpc), nơi có độ dịch chuyển đỏ z≈10,6. Một nhóm nhà khoa học quốc tế đã sử dụng máy quang phổ hồng ngoại gần của JWST (NIRSpec-IFU) để phân tích chi tiết ánh sáng phát ra từ khu vực Hebe.
Kết quả quang phổ đã khẳng định chắc chắn sự vắng mặt hoàn toàn của các vạch phát xạ carbon, neon, oxy và các nguyên tố nặng khác, chứng minh cho độ tinh khiết hóa học của chất khí. Mặc dù nằm trong môi trường không có kim loại, đối tượng này vẫn cho thấy tín hiệu mạnh mẽ của vạch quang phổ heli ion hóa hai lần (HeII) tại bước sóng 1640 Å. Để tạo ra HeII cần có các photon cực tím với năng lượng vượt quá 54,4 electron volt, một điều kiện loại trừ các ngôi sao thông thường như Mặt trời. Độ rộng tương đương cao của bức xạ này (trên 20 Å) hoàn toàn phù hợp với các mô hình dự đoán giới hạn trên của hàm khối lượng ban đầu (IMF) của những ngôi sao như vậy ít nhất phải đạt 500 khối lượng mặt trời (M⊙).
Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra kỹ lưỡng và phần lớn bác bỏ các cách giải thích thay thế khác. Giả thuyết về Nhân thiên hà hoạt động (AGN) với lỗ đen siêu khối lượng đang bồi tụ đã bị loại trừ, vì vạch HeII hẹp không cho thấy sự mở rộng vạch do động học vốn thường xuất hiện ở tốc độ khí cao. Khả năng về sự hiện diện của các sao Wolf-Rayet cũng bị bác bỏ, do gió sao của chúng phụ thuộc vào các nguyên tố nặng vốn không tồn tại trong vùng Hebe thiếu hụt kim loại. Việc loại trừ các mô hình này dẫn đến kết luận rằng nguồn ion hóa phải là một cụm sao Quần thể III. Dựa trên độ sáng của vạch HeII, tổng khối lượng sao được hình thành trong đợt bùng nổ này được ước tính là khoảng $2 \times 10^5$ M⊙.
Mô phỏng lý thuyết từ nhóm nghiên cứu do Elkie Rusta dẫn đầu cho thấy những ngôi sao sơ khai này có hàm khối lượng ban đầu nghiêng về phía các đối tượng có khối lượng cực lớn, từ mười đến một trăm lần khối lượng Mặt trời. Quan sát này củng cố lý thuyết cho rằng việc thiếu các nguyên tố nặng dẫn đến sự sụp đổ nhiệt diễn ra ở nhiệt độ cao hơn, tạo điều kiện cho sự hình thành của các ngôi sao khổng lồ trong vũ trụ sơ khai. Những ngôi sao khổng lồ này đã kết thúc vòng đời ngắn ngủi của mình bằng các vụ nổ siêu tân tinh mất ổn định cặp, gieo rắc những nguyên tố nặng đầu tiên và từ đó mở đường cho quá trình tiến hóa vũ trụ tiếp theo. Một nghiên cứu riêng biệt do nhóm của Giáo sư Roberto Maiolino từ Đại học Cambridge dẫn đầu ban đầu đã tìm thấy dấu hiệu của đám mây khí nguyên sơ này vào năm 2024, và sự xác nhận độc lập đã đạt được nhờ phát hiện ra vạch Hγ tại cùng một vị trí và cùng độ dịch chuyển đỏ như đã báo cáo trong một công trình đồng hành.
