12 岁时，特雷西·斯拉蒂尔 (Tracy Slatyer) 对一本书感到遗憾。她读了一篇关于有多少人购买的报纸文章时间简史作者：史蒂芬·霍金。 “但是后来……没有人真正读它，”她说。 “人们只是把它放在咖啡桌上。”
斯莱特尔决心纠正这个错误，他获得了一份副本并认真阅读了每一页。这位著名物理学家的流行文本向她揭示了“数学在某种意义上是一种描述事物实际运作方式的表达语言，”她说。 “对我来说，这很令人兴奋。”
如今，麻省理工学院的理论物理学家斯莱特利用她的数学才能提出了有关暗物质的新想法。这种神秘物质约占宇宙物质的 85%。然而，科学家们一直未能找到它的踪迹。斯拉提尔试图弄清楚暗物质是由什么构成的，它如何与自身或其他任何东西相互作用，最重要的是，这些相互作用的后果。
物理学家知道暗物质的存在，因为他们可以看到暗物质对星系、星系团和宇宙整体演化的引力影响。除此之外，几乎没有什么线索可以利用。斯拉提尔帮助想象了暗物质可以通过多种方式在现实结构上留下一些微妙的印记，这些印记将在观测中显现出来。
芝加哥大学物理学家丹·胡珀 (Dan Hooper) 表示，在从事此类工作的科学家中，“我认为没有人比他们更有影响力了”。 “她是我所能想象到的最重要的人物。”
发现费米气泡
斯莱特出生于所罗门群岛，在澳大利亚堪培拉长大。在看到霍金的书后，她知道自己想学习物理学。 2000 年代在哈佛大学读研究生时，她遇到了物理学家道格拉斯·芬克贝纳 (Douglas Finkbeiner)，当时他正在研究银河系中心的神秘信号。
一颗研究卫星注意到正电子、电子反粒子和称为伽马射线的高能光子的奇怪过量，这些现象无法用传统理论解释。斯莱特耶和芬克拜纳开始更深入地研究一种可能解开这个谜团的自毁灭暗物质。在他们的特定模型中，这种暗物质会留下电子和正电子，它们会与星光相互作用产生伽马射线。
2008 年，美国宇航局发射了费米伽马射线太空望远镜，它提供了从银河平面发出的高能光子的前所未有的视野。如果暗物质确实具有自湮灭性，那么它就会出现在费米的观测中。第二年，斯拉蒂尔和芬克拜纳利用费米的公开数据来寻找这些东西。
“我们分析了数据，并在银河系中心的南北两侧看到了这种巨大的模糊光芒，”斯莱特回忆道。 “所以我们就像，‘胜利了！’”
但他们和芬克贝纳的另一名学生孟苏对这些信号观察得越多，就越意识到这不是暗物质。费米的图像揭示了一个巨大的沙漏形物体，在银河系平面上下延伸了 25,000 光年。人们认为暗物质存在于我们银河系周围的弥漫光环中，但这种结构具有非常锋利的边缘。
众所周知，以其他星系中心的气体和尘埃为食的超大质量黑洞会将物质喷出成沙漏状。最终，斯莱特和她的同事意识到这可能是类似的事情。，正如他们后来所知，一直是，导致了关于驱动泡沫产生的机制的长期争论（SN：10年11月9日；序列号：4/20/23）。
斯拉提尔还没有发现暗物质，但是，她说，“当大自然给我带来令人兴奋的新事物时，我尽量不抱怨，无论它们是否是我最初想要的东西。”
早期宇宙中的暗物质
从那时起，她的大部分工作都集中在不同的暗物质场景上。例如，她的一些研究着眼于这种神秘物质如何在早期宇宙中湮灭或衰变，留下基本粒子，这些粒子会导致整个宇宙的预期温度发生微小变化。这种效应可能会出现在宇宙微波背景（CMB）中，这是宇宙诞生仅 38 万年时留下的残余光。
测量这种光的卫星发现，无论从哪个方向看，宇宙的温度几乎完全相同，偏差只有十万分之一。斯拉蒂尔和她的同事计算出，如果暗物质湮灭发生，它可能会产生更微妙的温度特征，降至百万分之一。她的团队于 2023 年报告了自湮灭暗物质的存在将如何扭曲宇宙微波背景（CMB）——这是未来仪器需要寻找的信号。
在 2024 年 5 月发表的一项研究中，她和同事研究了过热的其他潜在影响在早期宇宙中来自暗物质。在某些情况下，这种较高的温度可能会产生多余的自由电子。这些自由电子可能充当化学反应的催化剂，有利于恒星的形成，可能导致早期大量恒星的形成。
其他团队认为，多余的热量会更容易地推动气体和尘埃，这种运动可能会减少恒星的形成。在这种情况下，更大的物质团块可能会塌缩成巨大的黑洞，这些黑洞可能成为第一个星系在其周围凝聚的种子。
这些想法可以帮助解释詹姆斯·韦伯太空望远镜在观察宇宙历史时所看到的一切。望远镜似乎发现了和宇宙早期的星系（序列号：24/3/4）。斯拉蒂尔和她的同事认为，暗物质可能是这些奇怪的巨大宇宙物体背后的罪魁祸首。
通过将她的理论推向合乎逻辑的结论，斯莱特耶使自己对于寻找暗物质的理论和观测物理学家群体来说具有无价的价值。 “她是无处不在的人之一，”芬克贝纳说。 “她出席每次会议。她对每一个馅饼都插手。她参加了每个小组，以弄清楚该领域未来 10 年应该做什么。”
鉴于研究人员对暗物质知之甚少，斯莱特认为，想象各种潜在的可能性，然后提出实验来测试这些选项，这一点很重要。 “我们努力……确保我们不会错过任何显而易见的事情，”她说。
