Dark matter halos and the large-scale structure of the Universe: a study of cosmological N-body simulations

Abstract

[ES] El origen y evolución de la estructura a gran escala (LSS) es un área de investigación activa dentro de la cosmología física. En este trabajo, comenzamos por derivar el modelo lambda-materia oscura fría (ΛCDM). Dentro de este marco teórico, estudiamos los modelos que explican el crecimiento lineal y no lineal de la estructura cosmológica desde pequeñas fluctuaciones iniciales hasta objetos colapsados de escala de Mpc. Estos métodos van desde la teoría de perturbaciones lagrangiana hasta las simulaciones computacionales de N cuerpos. Finalmente, estudiamos la robustez de los resultados de un paquete de simulaciones, con especial atención al perfil de densidad de los halos de materia oscura y a los efectos de la resolución numérica limitada.

[EU] Eskala handiko egituraren (LSS) jatorria eta bilakaera ikerketa-eremu aktiboa da kosmologia fisikoaren barnean. Lan honetan, lambda-materia ilun hotza (ΛCDM) eredua eratorriz hasten gara. Marko teoriko honen barnean, egitura kosmologikoen hazkuntza lineal zein ez-lineal azaltzen duten ereduak aztertzen ditugu, jatorrizko fluktuazio txikietatik Mpc-eskalako objektu kolapsatuetaraino.Metodo horiek lagrangiar perturbazio-teoriatik konputagailu bidezko N gorputzeko simulazio numerikoetara doaz. Azkenik, simulazio-multzo baten emaitzen sendotasuna aztertzen dugu, materia iluneko haloen dentsitate-profilari eta erresoluzio numeriko mugatuaren efektuei erreparatuz.

[EN] The origin and evolution of large-scale structure (LSS) is an active area of research within physical cosmology. In this work, we begin by deriving the lambda-cold dark matter (ΛCDM) model. Within this framework, we study the methods used to explain the linear and nonlinear growth of cosmological structure, from initial small fluctuations to Mpc-scale collapsed objects. Those methods range from Lagrangian perturbation theory to computational N-body simulations. Finally, we study the robustness of the results of a suite of simulations, with special attention to the density profile of dark matter halos and the effects of limited numerical resolution.