A BRIEF REVIEW OF FIRST-ORDER COSMOLOGICAL PERTURBATIONS INCLUDING BARYONIC MATTER FROM AN EULERIAN PERSPECTIVE

UNA CORTA REVISIÓN ACERCA DE PERTURBACIONES COSMOLÓGICAS A PRIMER ORDEN CON INCLUSIÓN DE MATERIA BARIÓNICA DESDE UNA PERSPECTIVA EULERIANA

In modern cosmology, the problem of large-scale structure formation has been studied through various analytical and computational methods and has become a cornerstone of astrophysics. The complexity of the equations that describe the evolution of small fluctuations in the matter field, with respect to the Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) universe, commonly known as the theory linearized gravitational perturbations, makes it a valuable framework for describing the problem. Specifically, the approximation of sub-horizon scale allows us to explore scenarios where semi-analytical tools play a significant role in gaining a better understanding of how structures in our universe have evolved and how the cosmic web structure is formed. In this sense, these types of techniques have allowed for comparisons with extensive simulations and have provied a basis for contrasting with high-precision observations in this context. Therefore, in this paper, we present a semi-analytical description of the evolution of contrast density in cold dark matter (CDM), including baryonic matter, in a linear regime in Fourier space. We achieve this by using the Jeans filtering function (JFF), considering only growing solutions, and then comparing them with the numerical solutions calculated for the JFF equations to zero and first order, with the aim of explaining why decaying solutions must be included if one wishes to enhance precision in higher-order perturbations while also considering small scales. Finally, we discuss and extend some of the results obtained by Shoji et al. for various initial conditions in redshift.

En la cosmología moderna, el problema de la formación de estructura a gran escala ha sido estudiado a través de diferentes métodos analíticos y computacionales, y se ha convertido en piedra angular en la astrofísica. La complejidad de las ecuaciones que describen la evolución de pequeñas fluctuaciones del campo de materia respecto al universo de Friedmann - Lemaître - Robertson - Walker (FLRW), lo que comúnmente se conoce como teoría de perturbaciones gravitacionales linealizadas, es una buena idea para describir el problema. Específicamente, la aproximación de escala sub-horizonte ha permitido abrir escenarios donde las herramientas semi-analíticas juegan un papel importante para alcanzar una mejor comprensión de cómo las estructuras significativas en nuestro universo han evolucionado y cómo se forma la estructura de la red cósmica. En este sentido, este tipo de técnicas han permitido realizar comparaciones con extensas simulaciones y han proporcionado una base para contrastar con observaciones de alta precisión en este contexto. Por lo tanto, en este trabajo, presentamos una descripción semi-analítica de la evolución de la densidad de contraste en materia oscura fría (CDM), incluyendo materia bariónica, en un régimen lineal en el espacio de Fourier. Lo conseguimos utilizando la función de filtrado de Jeans (JFF), considerando sólo soluciones crecientes, y comparándolas después con las soluciones numéricas calculadas para las ecuaciones JFF a cero y primer orden, con el objetivo de explicar por qué deben incluirse soluciones decrecientes si se desea mejorar la precisión en pertrbaciones de orden superior considerando también escalas pequeñas. Finalmente, discutimos y extendemos algunos de los resultados obtenidos por Shoji et al. para diferentes condiciones de valor inicial en redshift.