L’étude de ces premières galaxies est extrêmement difficile. Même si leur luminosité initiale est importante, vues de la Terre elles semblent très faibles et petites. En outre, cette faible lumière tombe la plupart du temps dans la partie infrarouge du spectre parce que sa longueur d’onde a été décalée vers le rouge par l’expansion de l’univers. De plus, à ces époques très reculées, moins d’un milliard d’années après le Big Bang, l’Univers n’était pas entièrement transparent et une grande partie était remplie de brouillard d’hydrogène qui absorbe la lumière UV des jeunes galaxies. En effet, ce sont les premières galaxies qui vont réioniser l’espace intergalactique, et pendant cette période, appelée époque de réionisation, l’Univers comprend des poches d’hydrogène ionisé dans un continuum d’hydrogène neutre opaque. En dépit de ces défis, la nouvelle caméra à grand champ sur le télescope spatial Hubble a découvert plusieurs objets, candidats galaxies lointaines en 2009. La confirmation des distances de tels objets faibles est un énorme défi qui peut seulement être relevé par la spectroscopie des grands télescopes au sol, en mesurant le décalage vers le rouge de la lumière de la galaxie.
Une équipe franco-anglaise, conduite par un chercheur de l’Observatoire de Paris, a fait une demande spéciale au directeur général de l’ESO et a obtenu du temps de télescope sur le VLT pour observer une galaxie candidat appelée UDFy-38135539 pendant 16 heures. Après deux mois d’analyse très soigneuse et de tests de leurs résultats, l’équipe a constaté qu’elle avait clairement détecté la lueur très faible de l’hydrogène à un décalage vers le rouge de z=8.6, qui fait de cette galaxie l’objet le plus lointain jamais confirmé par la spectroscopie. Un déplacement vers le rouge z=8.6 correspond à une galaxie vue juste 600 millions d’années après Big Bang.
La détection de cette faible luminosité en Lyman-alpha montre que cette galaxie n’est pas suffisante pour avoir réionisé l’Univers autour d’elle. Il doit y avoir d’autres galaxies, probablement plus faibles, moins massives et proches de cette galaxie, qui ont également aidé à rendre l’espace transparent autour d’elle.
A la limite de capacité des télescopes actuels, ce type de problématique scientifique pourra être pleinement abordé avec les très grands instruments de l’avenir, que ce soit l’European Extremely Large Telescope de l’ESO, le James Webb Space Telescope (JWST) de la NASA-ESA ou le grand interféromètre millimétrique et submillimétrique ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) .