Une galaxie lointaine où naissent des centaines d'étoiles devrait briller dans la lumière de l'oxygène. C'est ce que pensaient les astronomes : les jeunes étoiles chaudes chauffent le gaz, qui émet alors une lueur infrarouge caractéristique à une longueur d'onde de 63 microns. C'est comme la vapeur au-dessus d'une casserole bouillante, un signe certain d'une activité intense. Mais lorsque le télescope ALMA a pointé ses antennes vers douze galaxies situées à 12–13 milliards d'années-lumière, le tableau était tout autre.
Au lieu de taches brillantes, des creux sombres. Le gaz n'émettait pas, mais absorbait au contraire la lumière provenant de la poussière située derrière. C'est comme un épais brouillard qui n'émet pas lui-même, mais éteint le faisceau d'une lampe. Dans dix des douze galaxies, la raie de l'oxygène est totalement invisible dans l'émission, mais on voit clairement des raies d'absorption. Et cette absorption est très forte : par endroits, le gaz est si dense que sa lueur tombe en dessous du niveau créé par le rayonnement fossile lui-même — la lumière refroidie du Big Bang qui remplit tout l'Univers.
Mais il y a aussi des « fenêtres » lumineuses — d'étroits canaux où le rayonnement parvient à s'échapper. Elles apparaissent là où il y a moins de poussière et où le faisceau peut percer. Il semble donc que l'oxygène mène une double vie dans ces galaxies : par endroits il absorbe, ailleurs il émet à peine. Les estimations précédentes du nombre d'étoiles en formation, basées sur la luminosité de cette raie, pourraient être sous-estimées de plusieurs fois.
Le rayonnement fossile est la lumière laissée par le Big Bang. Il est partout, et sa température n'est que de 2,7 degrés au-dessus du zéro absolu. Dans les galaxies lointaines, ce fond est si « chaud » par rapport au gaz froid qu'il peut lui-même éclairer les nuages.