L'Univers à 700 millions d'années, c'est un chantier bruyant où les premières lumières commencent à peine à s'allumer. Les télescopes ont capté un signal de cette époque lointaine : la galaxie REBELS-25, massive et pleine de carburant stellaire. Les observations radio avec les télescopes VLA et ALMA ont révélé une émission faible mais certaine des molécules de monoxyde de carbone (CO). C'est l'indicateur le plus fiable d'hydrogène moléculaire froid – la substance même à partir de laquelle naissent les étoiles. La détection de la transition de basse énergie du CO à une telle distance est la plus lointaine jamais réalisée. Elle montre directement que le matériau de construction des étoiles était déjà en réserve très tôt.
Les réserves sont impressionnantes. La masse de gaz dans REBELS-25 atteint cent milliards de masses solaires, et la fraction de gaz dans la galaxie est de 95 %. Pour comparaison, dans notre Voie lactée, le gaz ne représente qu'environ 5 % de la masse, le reste étant des étoiles et de la matière noire. Ici, on voit le tableau inverse : presque toute la matière est encore du carburant non allumé. La poussière, au contraire, est très rare : pour 600 parties de gaz, il n'y a qu'une partie de poussière. Une telle proportion est caractéristique des systèmes très jeunes, où les éléments lourds ne se sont pas encore accumulés après les explosions des premières étoiles.
La difficulté des observations réside dans le fait qu'à grande distance, le fond diffus cosmologique (refroidi après le Big Bang) est plus chaud qu'aujourd'hui et peut « écraser » le signal du gaz. Les auteurs ont utilisé le programme TUNER, qui tient compte de ce fond et du continuum de poussière, et ont confirmé indépendamment une masse de gaz proche de 180 milliards de masses solaires. Ils ont également vérifié une méthode alternative d'estimation – par l'émission du carbone ionisé [C II] – et montré que cette raie reste un outil efficace même à l'époque de la réionisation. Ces découvertes préparent le terrain pour les futurs télescopes, qui pourront étudier couramment le gaz dans les premières galaxies.
La galaxie REBELS-25 contient tellement de gaz moléculaire que si on le rassemblait en un seul endroit, il occuperait un volume comparable à mille de nos Voies lactées – mais presque sans étoiles.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, un signal venu de l'espace lointain est capté grâce à un réseau de radiotélescopes – un peu comme VLA et ALMA ont cherché des traces de gaz dans REBELS-25, sauf qu'on n'y cherchait pas des extraterrestres, mais la matière première des premières étoiles.