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这是一个长期存在的宇宙学难题的根源。星系还是黑洞：哪个先出现？ 今天，它们成对整齐地存在，一个黑洞嵌套在一个旋涡星系的中心，但似乎有可能是一个的增长驱动了另一个的增长。通过深入观察早期宇宙，天文学家们已经越来越接近答案。但是他们并没有确定这场宇宙探戈的领导者，因为星系和黑洞似乎早在宇宙开始十亿年后就已经步调一致。 也许，那么，它们只是同步发展。
“星系或黑洞，哪个先出现这个鸡和蛋的问题已经被推到了宇宙的边缘，”耶鲁大学天体物理学家凯文·沙温斯基在6月15日在华盛顿特区NASA总部举行的新闻发布会上说。
沙温斯基是一个研究团队的成员，该团队使用了两个著名的轨道观测站，哈勃太空望远镜和钱德拉X射线天文台，来识别红移为6的星系中的黑洞群体，这相当于大爆炸后约9.5亿年的时间。（红移是宇宙距离的量度；较高的红移表示更大的距离，因此也表示宇宙发展中更早的时期。）即使在那么早的时候，空间中黑洞的密度也表明星系和黑洞正在相互调节彼此的发展。研究人员在6月16日出版的《自然》杂志上报告了他们的发现。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
“我们对早期宇宙中星系的观测告诉我们，这些非常早期的年轻星系，在宇宙的黎明时期，以及它们正在成长的婴儿黑洞，它们之间已经存在一些深刻的基本联系，”沙温斯基说。“它们已经在共同成长。”
如此深入地窥视宇宙需要极长的曝光时间，即使是在灵敏的星载望远镜上也是如此。 研究人员利用钱德拉的深X射线图像，积累了超过四百万秒（46天）的望远镜曝光时间，来识别古代黑洞。（尽管黑洞是黑暗的，但它们周围的区域在X射线中会发出明亮的光芒，因为落入的物质会被压缩和加热。）但是，即使有如此长时间的观察，单个黑洞在钱德拉图像中也无法作为点状物体被看到。
因此，研究人员尝试了一种不同的方法。 他们在超深场哈勃照片——可见光和红外光——的同一片天空区域中找到了星系，并确定了这些星系应该在钱德拉图像中的位置。通过将所有这些点彼此堆叠在一起，研究人员将数百个星系中心微弱的X射线光芒组合成一个更明亮的集合（见照片插图）。 即使单个黑洞的属性仍然不透明，也许它们的集体属性会讲述那个时代黑洞活动的故事。
在宇宙大爆炸后9.5亿年存在的星系的堆叠图像中，黑洞的X射线辐射确实变得清晰可见，尤其是在高能量X射线中。（对于更古老、甚至更遥远的星系，研究人员无法如此清晰地看到黑洞活动，但他们确实对X射线亮度设置了上限。）高能量X射线的倾斜表明黑洞被尘埃和气体严重遮蔽，只有最具能量的辐射才能穿透。
这种遮蔽意味着黑洞早期可能比之前认为的增长得更快，因为它们不稳定的行为会被周围的气体和尘埃抑制。古代宇宙中不受控制的黑洞湍流增长会在天文学家尚未观察到的星系际介质上留下痕迹。“但这些新结果表明，黑洞受到了保护，它们被尘埃茧包裹着，这抑制了它们对其周围环境的影响，”科罗拉多大学博尔德分校的米切尔·贝格尔曼说，他没有参与这项新研究。 他说，这种抑制意味着“这些黑洞可能很早就已经增长，而不会对宇宙产生戏剧性和未被观察到的影响。”
最初这些早期黑洞是如何出现的仍然没有解决。“很明显，你首先在早期宇宙中制造出小的种子黑洞，并且在宇宙时间中，通过吞噬周围的气体，它们会生长，”研究合著者，耶鲁大学天体物理学家普里亚·纳塔拉詹说。“你如何精确地形成种子黑洞是一个悬而未决的问题。” 一种可能性是种子黑洞从最早的恒星的消亡中生长出来；另一种解释是气态的前星系盘引力坍缩形成了新生黑洞。 这两种可能性都与新的黑洞观测结果大致吻合。“当然，在我们可以裁决这两种模型之前，还需要更多的数据，”纳塔拉詹说。