12 歲時，特雷西·斯拉蒂爾 (Tracy Slatyer) 對一本書感到遺憾。她讀了一篇關於有多少人購買的報紙文章時間簡史作者：史蒂芬‧霍金。 「但後來……沒有人真正讀它，」她說。 “人們只是把它放在咖啡桌上。”
斯萊特爾決心糾正這個錯誤，他獲得了一份副本並認真閱讀了每一頁。這位著名物理學家的流行文本向她揭示了「數學在某種意義上是一種描述事物實際運作方式的表達語言，」她說。 “對我來說，這很令人興奮。”
如今，麻省理工學院的理論物理學家斯萊特利用她的數學才能提出了有關暗物質的新想法。這種神秘物質約佔宇宙物質的 85%。然而，科學家們一直未能找到它的蹤跡。斯拉提爾試圖弄清楚暗物質是由什麼構成的，它如何與自身或其他任何東西相互作用，最重要的是，這些相互作用的後果。
物理學家知道暗物質的存在，因為他們可以看到暗物質對星系、星系團和宇宙整體演化的引力影響。除此之外，幾乎沒有任何線索可以利用。斯拉提爾幫助想像了暗物質可以透過多種方式在現實結構上留下一些微妙的印記，這些印記將在觀測中顯現出來。
芝加哥大學物理學家 Dan Hooper 表示，在從事此類工作的科學家中，「我認為沒有人比他們更有影響力了」。 “她是我所能想像到的最重要的人物。”
發現費米氣泡
斯萊特出生於所羅門群島，在澳洲坎培拉長大。在看到霍金的書後，她知道自己想學習物理學。 2000 年代在哈佛大學讀研究生時，她遇到了物理學家道格拉斯·芬克貝納 (Douglas Finkbeiner)，當時他正在研究銀河系中心的神秘訊號。
一顆研究衛星注意到正電子、電子反粒子和稱為伽馬射線的高能量光子的奇怪過量，這些現象無法用傳統理論解釋。斯萊特耶和芬克拜納開始更深入地研究一種可能解開這個謎團的自毀滅暗物質。在他們的特定模型中，這種暗物質會留下電子和正電子，它們會與星光相互作用產生伽馬射線。
2008 年，美國太空總署發射了費米伽馬射線太空望遠鏡，它提供了從銀河平面發出的高能量光子的前所未有的視野。如果暗物質確實具有自湮滅性，那麼它就會出現在費米的觀測中。第二年，斯拉蒂爾和芬克拜納利用費米的公開數據來尋找這些東西。
「我們分析了數據，並在銀河系中心的南北兩側看到了這種巨大的模糊光芒，」斯萊特回憶道。 “所以我們就像，’勝利了！’”
但他們和芬克貝納的另一名學生孟蘇對這些訊號觀察得越多，就越意識到這不是暗物質。費米的圖像揭示了一個巨大的沙漏形物體，在銀河系平面上下延伸了 25,000 光年。人們認為暗物質存在於我們銀河系周圍的瀰漫光環中，但這種結構具有非常鋒利的邊緣。
眾所周知，以其他星系中心的氣體和塵埃為食的超大質量黑洞會將物質噴出成沙漏狀。最終，斯萊特和她的同事意識到這可能是類似的事情。，正如他們後來所知，一直是，導致了關於驅動泡沫產生的機制的長期爭論（SN：10年11月9日；序號：4/20/23）。
斯拉提爾還沒有發現暗物質，但是，她說，“當大自然給我帶來令人興奮的新事物時，我盡量不抱怨，無論它們是否是我最初想要的東西。”
早期宇宙中的暗物質
從那時起，她的大部分工作都集中在不同的暗物質場景上。例如，她的一些研究著眼於這種神秘物質如何在早期宇宙中湮滅或衰變，留下基本粒子，這些粒子會導致整個宇宙的預期溫度發生微小變化。這種效應可能會出現在宇宙微波背景（CMB）中，這是宇宙誕生僅 38 萬年時留下的殘餘光。
測量這種光的衛星發現，無論從哪個方向看，宇宙的溫度幾乎完全相同，偏差只有十萬分之一。斯拉蒂爾和她的同事計算出，如果暗物質湮滅發生，它可能會產生更微妙的溫度特徵，降至百萬分之一。她的團隊於 2023 年報告了自湮滅暗物質的存在將如何扭曲宇宙微波背景（CMB）——這是未來儀器需要尋找的信號。
在 2024 年 5 月發表的一項研究中，她和同事研究了過熱的其他潛在影響在早期宇宙中來自暗物質。在某些情況下，這種較高的溫度可能會產生多餘的自由電子。這些自由電子可能作為化學反應的催化劑，有利於恆星的形成，可能導致早期大量恆星的形成。
其他團隊認為，多餘的熱量會更容易推動氣體和塵埃，這種運動可能會減少恆星的形成。在這種情況下，較大的物質團塊可能會塌縮成巨大的黑洞，這些黑洞可能成為第一個星系在其周圍凝聚的種子。
這些想法可以幫助解釋詹姆斯韋伯太空望遠鏡在觀察宇宙歷史時所看到的一切。望遠鏡似乎發現了和宇宙早期的星系（序號：24/3/4）。斯拉蒂爾和她的同事認為，暗物質可能是這些奇怪的巨大宇宙物體背後的罪魁禍首。
透過將她的理論推向合乎邏輯的結論，斯萊特耶使自己對於尋找暗物質的理論和觀測物理學家群體來說具有無價的價值。 「她是無處不在的人之一，」芬克貝納說。 “她出席每次會議。她對每一個派都插手。她參加了每個小組，以弄清楚該領域未來 10 年應該做什麼。
鑑於研究人員對暗物質知之甚少，斯萊特認為，想像各種潛在的可能性，然後提出實驗來測試這些選項，這一點很重要。 “我們努力……確保我們不會錯過任何顯而易見的事情，”她說。
