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這是一個長期存在的宇宙學難題的根源。星系還是黑洞：哪個先出現？ 今天，它們成對整齊地存在，一個黑洞巢狀在一個旋渦星系的中心，但似乎有可能是一個的增長驅動了另一個的增長。透過深入觀察早期宇宙，天文學家們已經越來越接近答案。但是他們並沒有確定這場宇宙探戈的領導者，因為星系和黑洞似乎早在宇宙開始十億年後就已經步調一致。 也許，那麼，它們只是同步發展。
“星系或黑洞，哪個先出現這個雞和蛋的問題已經被推到了宇宙的邊緣，”耶魯大學天體物理學家凱文·沙溫斯基在6月15日在華盛頓特區NASA總部舉行的新聞釋出會上說。
沙溫斯基是一個研究團隊的成員，該團隊使用了兩個著名的軌道觀測站，哈勃太空望遠鏡和錢德拉X射線天文臺，來識別紅移為6的星系中的黑洞群體，這相當於大爆炸後約9.5億年的時間。（紅移是宇宙距離的量度；較高的紅移表示更大的距離，因此也表示宇宙發展中更早的時期。）即使在那麼早的時候，空間中黑洞的密度也表明星系和黑洞正在相互調節彼此的發展。研究人員在6月16日出版的《自然》雜誌上報告了他們的發現。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
“我們對早期宇宙中星系的觀測告訴我們，這些非常早期的年輕星系，在宇宙的黎明時期，以及它們正在成長的嬰兒黑洞，它們之間已經存在一些深刻的基本聯絡，”沙溫斯基說。“它們已經在共同成長。”
如此深入地窺視宇宙需要極長的曝光時間，即使是在靈敏的星載望遠鏡上也是如此。 研究人員利用錢德拉的深X射線影像，積累了超過四百萬秒（46天）的望遠鏡曝光時間，來識別古代黑洞。（儘管黑洞是黑暗的，但它們周圍的區域在X射線中會發出明亮的光芒，因為落入的物質會被壓縮和加熱。）但是，即使有如此長時間的觀察，單個黑洞在錢德拉影像中也無法作為點狀物體被看到。
因此，研究人員嘗試了一種不同的方法。 他們在超深場哈勃照片——可見光和紅外光——的同一片天空區域中找到了星系，並確定了這些星系應該在錢德拉影像中的位置。透過將所有這些點彼此堆疊在一起，研究人員將數百個星系中心微弱的X射線光芒組合成一個更明亮的集合（見照片插圖）。 即使單個黑洞的屬性仍然不透明，也許它們的集體屬性會講述那個時代黑洞活動的故事。
在宇宙大爆炸後9.5億年存在的星系的堆疊影像中，黑洞的X射線輻射確實變得清晰可見，尤其是在高能量X射線中。（對於更古老、甚至更遙遠的星系，研究人員無法如此清晰地看到黑洞活動，但他們確實對X射線亮度設定了上限。）高能量X射線的傾斜表明黑洞被塵埃和氣體嚴重遮蔽，只有最具能量的輻射才能穿透。
這種遮蔽意味著黑洞早期可能比之前認為的增長得更快，因為它們不穩定的行為會被周圍的氣體和塵埃抑制。古代宇宙中不受控制的黑洞湍流增長會在天文學家尚未觀察到的星系際介質上留下痕跡。“但這些新結果表明，黑洞受到了保護，它們被塵埃繭包裹著，這抑制了它們對其周圍環境的影響，”科羅拉多大學博爾德分校的米切爾·貝格爾曼說，他沒有參與這項新研究。 他說，這種抑制意味著“這些黑洞可能很早就已經增長，而不會對宇宙產生戲劇性和未被觀察到的影響。”
最初這些早期黑洞是如何出現的仍然沒有解決。“很明顯，你首先在早期宇宙中製造出小的種子黑洞，並且在宇宙時間中，透過吞噬周圍的氣體，它們會生長，”研究合著者，耶魯大學天體物理學家普里亞·納塔拉詹說。“你如何精確地形成種子黑洞是一個懸而未決的問題。” 一種可能性是種子黑洞從最早的恆星的消亡中生長出來；另一種解釋是氣態的前星系盤引力坍縮形成了新生黑洞。 這兩種可能性都與新的黑洞觀測結果大致吻合。“當然，在我們可以裁決這兩種模型之前，還需要更多的資料，”納塔拉詹說。