top of page

CAMELS blog

Dark matter halos and universal relations

Jan 11, 2022
3 min read

One of the ultimate goals of physics is to find universal laws that govern nature. Such laws reveal the underlying order and simplicity of natural systems and are important because of their predictive abilities. A prominent example is the law of gravity. It not only permeates daily life in governing the motion of the things we see everyday but also governs the motion of the largest structures in outer space, ranging from stars to galaxies. In fact, this relation applies to all objects that possess mass which makes it a powerful tool for explaining the motion of a variety of systems.


Similarly, in cosmology and astrophysics, universal laws play an important role in understanding complex and mysterious structures such as dark matter halos. Dark matter is an invisible substance that constitutes around 85% of all matter in the universe. Halos of dark matter surround every galaxy in our universe, exerting gravitational pulls on other nearby dark and visible matter. Therefore, understanding the laws underlying their formation and structural shape will not only help unravel the mysteries surrounding dark matter but also provide important information about the formation and evolution of the galaxies they contain.


Unfortunately, this is a very difficult task because dark matter halos are characterized by many different properties. These include their radius, the masses of their gas and star constituents, the rate at which stars form, how fast they spin, and many more. With so many variables at play, it is extremely hard to find underlying relationships among these variables. However, recent advances in artificial intelligence enable the search for such relationships by making it easier to uncover patterns among large amounts of data.

The data that we use are simulations of dark matter halos and of the galaxies they contained provided by the Cosmology with Astrophysics with MachinE Learning Simulations (CAMELS) project. CAMELS contain 4,233 simulations and each represents a different Universe simulated with different cosmological and astrophysical parameters. By feeding this immense data to artificial intelligence algorithms, we have been able to identify a potentially new and universal relation between the mass of the halo and its twelve other properties. We have also found an equation that accurately approximates this relation, which consists of a power law using three of the halo properties: it’s radius, maximum circular velocity, and velocity dispersion.


Remarkably, this relation is accurate for halos of all sizes and can even accurately predict the masses of halos that are much larger and much smaller than the ones that the algorithm originally encountered. These include halos that are generated from simulations other than those from CAMELS, which the algorithm has never seen. In addition, the found relationship is still able to accurately predict masses of halos from other simulations that are run using a very different code and physics model. This is very surprising because the physics model that drives a simulation greatly affects the formation of the galaxies within the halos. Details regarding these results and other tests that verify the robustness of the found relation can be found in the paper linked below.


Overall, the accuracy of the relation’s predictions of the halo mass in all of the above-mentioned tests indicates that the relation may be a universal one. This result bears importance because it points to a more fundamental mechanism underlying the structure of dark matter halos that is not affected by cosmology, astrophysics, subgrid physics model of the simulations, and many more factors. While we speculate that this relation may be based on the gravitationally-driven nature of the halos, this is uncertain because of the manner in which the properties are defined in the simulations. Furthermore, the presented method obtaining relations among a high number of variables using artificial intelligence can also be very useful when applied to other datasets to reveal complex, hidden patterns. Details of this procedure can be found in the paper linked below.



Further Reading


Post Author

Helen Shao

Undergraduate, Princeton University

Department of Astrophysical Sciences

Peyton Hall, Princeton NJ 08544, USA



8 Comments


laurasanms311989
Sep 13

xóc đĩa online lúc đầu mình cũng hơi nghi ngờ kiểu “lại thêm một trang dài lê thê”, nhưng lướt qua thì thấy đỡ mệt mắt hơn mình tưởng. Nội dung họ bày theo kiểu vào là gặp ngay mấy bài dạng top 10 kèm tiêu chí chọn lựa đặt thành từng khối rõ ràng, nên đọc lướt vẫn bắt được ý chính mà không phải kéo lên kéo xuống tìm chỗ quan trọng. Có vài đoạn mô tả ngắn rồi chèn bullet nên nhìn phát hiểu luôn, đọc trên điện thoại cũng không bị rối. Mình cũng để ý họ nhắc tới chuyện bàn cược chạy mượt, chốt cửa nhanh với lịch sử ván cầu hiển thị trực quan,…

Like

toachdiechngiechl.uan
Sep 13

TÀI XỈU SUNWIN thì mình cũng vừa lướt qua thôi. Nói thật là mình vào như người dùng bình thường, chủ yếu xem cái “Trang Chủ Chính Thức” bản 2026 họ trình bày ra sao, có dễ nhìn hay lại rối mắt; thấy bố cục chia thành các khối nội dung tách bạch nên liếc nhanh là nắm được chỗ nào đáng đọc tiếp, tiêu đề đặt gọn và khoảng trắng vừa đủ nên không bị dồn chữ khó chịu. Với mình điểm ăn tiền là phần thông tin chính nằm đúng vị trí, đọc lướt vẫn hiểu đang ở đâu trên trang, không phải kéo đi kéo lại để tìm, và mấy hộp nội dung nhìn khá đều tay…

Like

katrinach.av.e.z.5202
Sep 10

Nhà Cái AE888 mình mới lướt thử vì thấy mấy người trong nhóm chat hay nhắc, kiểu tò mò xem giao diện ra sao thôi. Vào trang cái là thấy họ chia nội dung theo khối nhìn khá thoáng, không bị dồn chữ nên đọc nhanh cũng hiểu. Mình để ý họ có ghi là hơn 100 lựa chọn giải trí, nên cách họ gom thông tin thành từng cụm trên trang nhìn hợp lý, cuộn xuống không bị rối mắt. Thêm cái nữa là mình mở trên điện thoại, mấy nút menu với tiêu đề vẫn nằm chỗ dễ thấy, bấm qua lại không phải zoom hay kéo qua kéo lại. Nói chung cảm giác làm web khá chỉnh…

Like

pennywagne.r86.4.41
Sep 05

xóc đĩa uu88 mình thấy mấy hôm nay bạn bè nhắc nên tò mò bấm vào xem thử giao diện thế nào thôi. Không phải kiểu vào để soi kèo hay gì, mình chỉ lướt qua trang chủ xem họ trình bày thông tin ra sao. Ấn tượng đầu là tông màu trung tính nhìn khá dịu mắt, ngồi lâu không bị chói như vài chỗ khác. Mấy mục trên trang cũng được xếp gọn gàng, kiểu chia khối rõ ràng nên kéo xuống là hiểu mình đang ở phần nào, không bị lạc. Mình cũng để ý phần bảo mật có nhắc mã hóa SSL với xác thực OTP, đọc qua thấy yên tâm hơn chút khi thao tác.…

Like

bentiecesav.a.ge54.62
Sep 02

du doan mb có đáng để lướt qua không nhỉ? Mình nghĩ là có đó, vì vào trang là thấy họ chia nội dung theo từng khối nhìn khá dễ theo dõi, nhất là phần “Soi cầu MB ngày 3 9 2026” đặt rõ ràng nên không bị lẫn ngày, đọc kiểu lướt nhanh vẫn biết họ đang nói tới kỳ nào. Mình cũng thích cách họ nói về việc thống kê, phân tích kết quả các lần quay trước rồi mới đi tới gợi ý cặp số, cảm giác mạch nội dung đi từ dữ liệu đến kết luận nên không bị rối, xem vài đoạn là hiểu họ dựa trên cái gì chứ không phải nói suông. Kéo…

Like
bottom of page