Japanska, brittiska och svenska forskare rapporterar upptäckten i veckans nummer av den ledande vetenskapstidskriften Science.
– Vår upptäckt öppnar för helt nya möjligheter att studera hur de första galaxerna bildades och att få kunskaper om den gåtfulla kosmiska återjonisering som var en förutsättning för att universum skulle utvecklas till vad det är i dag, säger docent Erik Zackrisson vid Institutionen för astronomi och fysik, Uppsala universitet.
"Syrespåret" kommer från galaxen SXDF-NB1006-2, som bildades för 13,1 miljarder år sedan, "bara" 700 miljoner år efter vårt universums födelse i den stora smällen big bang. Vid upptäckten 2012 slog SXDF-NB1006-2 rekordet som den mest avlägsna galaxen, men sedan dess har flera galaxer än längre bort upptäckts.
Några miljoner år efter Big Bang var universum en mörk, kall plats utan stjärnor, fylld av ett moln av neutrala väteatomer. Det dröjde många årmiljoner innan detta kosmiska mörker lättade i samband med att delar av detta gasmoln drog sig samman och bildade stjärnor i vars inre tyngre grundämnen som kol och syre producerades, spreds vidare och så småningom skapade dagens universum.
De olika grundämnena ger ifrån sig ljus vars våglängd skiljer sig år. SXDF-NB1006-2 upptäcktes när ett japanskt teleskop lyckades fånga upp ljus från väteatomer i galaxen.
För att detektera det efter drygt 13 miljarder års färd genom rymden svaga ljuset från galaxens syreatomer behövdes det än känsligare ALMA-teleskoper i norra Chile. Enligt forskarnas beräkningar var andelen syre i denna tidiga galax ungefär en tiondel så hög som i vår egen sol.
Däremot detekterade ALMA-teleskopet inget infrarött ljus eller ljus från en speciell våglängd där man brukar detektera grundämnet kol.
– Dessa båda fynd visar att det bara kan ha funnit låga halter av stoftpartiklar mellan stjärnorna i denna tidiga galax och att mängden neutral, oladdad gas, måste ha varit mycket låg. Båda dessa egenskaper kan ha gjort det möjligt för extremt energirika ljuspartiklar att lämna galaxen och obehindrat spridas vidare och på så sätt bidra till den återjonisering som fyller rymden med de laddade partiklar vi upptäcker mellan galaxerna i dag, säger Erik Zackrisson.
En sammanfattning av studien kan läsas på http://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aaf0714