El Cosmology Large Angular Scale Surveyor ( CLASS ) [1] [2] [3] [4] [5] es un conjunto de telescopios de microondas en un sitio de gran altitud en el desierto de Atacama de Chile como parte del Parque Astronómico de Atacama. . [6] El experimento CLASS tiene como objetivo mejorar nuestra comprensión del amanecer cósmico cuando se encendieron las primeras estrellas, probar la teoría de la inflación cósmica y distinguir entre modelos inflacionarios del universo primitivo mediante la realización de mediciones precisas de la polarización del fondo cósmico de microondas. (CMB) más del 65% del cielo en múltiples frecuencias en la región de microondas del espectro electromagnético .
CLASS tiene dos objetivos científicos principales. El primero es poner a prueba la teoría de la inflación. En cosmología física , la inflación cósmica es la teoría principal del universo primitivo; [7] Sin embargo, la evidencia observacional de la inflación aún no es concluyente. Los modelos inflacionarios predicen genéricamente que se habría producido un fondo de ondas gravitacionales (GWB) junto con las perturbaciones de densidad que generan estructuras a gran escala . Un GWB inflacionario de este tipo dejaría una huella tanto en la temperatura como en la polarización del CMB. En particular, dejaría un patrón de polarización distintivo y único, llamado patrón de modo B , en la polarización CMB. Una medición de la polarización en modo B en el CMB sería una confirmación importante de la inflación y proporcionaría una visión poco común de la física a energías ultraaltas. [8] [9]
Un segundo objetivo científico principal de CLASS es mejorar nuestra comprensión del "amanecer cósmico", cuando las primeras estrellas iluminaron el universo. La radiación ultravioleta (UV) de estas estrellas despojó de electrones a los átomos en un proceso llamado " reionización ". Los electrones liberados dispersan la luz del CMB, impartiendo una polarización que mide CLASS. De esta manera, CLASS puede mejorar nuestro conocimiento sobre cuándo y cómo ocurrió el amanecer cósmico. Una mejor comprensión del amanecer cósmico también ayudará a otros experimentos a medir la suma de las masas de los tres tipos de neutrinos conocidos utilizando la lente gravitacional del CMB. [10]
Los objetivos científicos adicionales de CLASS son comprender mejor nuestra propia Vía Láctea y buscar evidencia de nueva física exótica mediante la restricción de la polarización circular en el CMB y anomalías a gran escala. (Consulte la sección Multipolos bajos y otras anomalías del artículo de antecedentes sobre microondas cósmicas para obtener más información sobre este último).
El instrumento CLASS está diseñado para estudiar el 65% del cielo en longitudes de onda milimétricas, en la porción de microondas del espectro electromagnético , desde un observatorio terrestre con una resolución de aproximadamente 1°, aproximadamente el doble del tamaño angular del Sol y la Luna. visto desde la Tierra. El conjunto CLASS constará de dos monturas altazimutales que permitirán apuntar los telescopios para observar diferentes zonas del cielo. Los cuatro telescopios CLASS observarán en un rango de frecuencias para separar la emisión de nuestra galaxia de la del CMB. Un telescopio observará a 40 GHz (longitud de onda de 7,5 mm); dos telescopios observarán a 90 GHz (longitud de onda de 3,3 mm); y el cuarto telescopio observará en dos bandas de frecuencia centradas en 150 GHz (longitud de onda de 2 mm) y 220 GHz (longitud de onda de 1,4 mm). En cada montura se encuentran dos telescopios separados, que observan a diferentes frecuencias.
El instrumento CLASS está diseñado específicamente para medir la polarización. Como onda electromagnética , la luz está formada por campos eléctricos y magnéticos oscilantes. Estos campos pueden tener tanto una amplitud o intensidad como una dirección preferida en la que oscilan o polarización. La señal polarizada que CLASS intentará medir es increíblemente pequeña. Se espera que haya sólo unas pocas partes por billón de cambio en la polarización del ya frío 2,725 K CMB. [11] Para medir una señal tan pequeña, CLASS empleará conjuntos de plano focal con una gran cantidad de bolómetros con sensores de borde de transición acoplados a bocina de alimentación y enfriados a sólo 0,1 °C por encima del cero absoluto mediante refrigeradores criogénicos de helio . Esta baja temperatura reduce el ruido térmico intrínseco de los detectores. [12] [13] [14]
El otro aspecto exclusivo de los telescopios CLASS es el uso de un modulador de polarización de retardo variable (VPM) para permitir una medición precisa y estable de la polarización. El VPM modula, o enciende y apaga, la luz polarizada que va al detector a una frecuencia conocida, aproximadamente 10 Hz, mientras deja la luz no polarizada sin cambios. Esto permite una clara separación de la pequeña polarización del CMB de la mucho más grande atmósfera no polarizada "fijando " la señal de 10 Hz . El VPM también modula la polarización circular fuera de fase con la polarización lineal, dando a CLASS sensibilidad a la polarización circular . Debido a que no se espera polarización circular en el CMB, el VPM permite una valiosa verificación de errores sistemáticos en los datos al observar la señal de polarización circular, que debe ser consistente con cero.
Debido a que el vapor de agua en la atmósfera se emite en frecuencias de microondas, CLASS observará desde un sitio muy seco y de gran altitud en la Cordillera de los Andes en el borde del desierto de Atacama en Chile. Otros observatorios han elegido sitios cercanos por la misma razón, incluidos CBI , ASTE , Nanten , APEX , ALMA , ACT y POLARBEAR .
Actualmente, CLASS observa el cielo en las cuatro bandas de frecuencia. El telescopio CLASS de 40 GHz alcanzó su primera luz el 8 de mayo de 2016 y comenzó un estudio de aproximadamente cinco años en septiembre de 2016, después de que se completaron las observaciones iniciales de puesta en servicio. A principios de 2018, se instaló el primer telescopio de 90 GHz en la misma montura que el telescopio de 40 GHz, logrando su primera luz el 30 de mayo de 2018. En 2019, se desplegó el telescopio de doble frecuencia de 150/220 GHz, junto con una segunda montura de telescopio. , y alcanzó la primera luz el 21 de septiembre de 2019.
CLASS ha realizado una primera detección de polarización circular de la atmósfera a una frecuencia de 40 GHz, lo que concuerda con los modelos de polarización circular atmosférica debida a la división de Zeeman del oxígeno molecular en presencia del campo magnético terrestre. [15] La polarización circular atmosférica varía suavemente sobre el cielo, lo que permite separarla de la polarización circular celeste. Esto ha permitido a CLASS limitar la polarización circular celeste a 40 GHz a menos de 1 μK en escalas angulares de 5 grados y menos de 4 μK en escalas angulares de alrededor de 1 grado. [16] Esto es una mejora con respecto a los límites anteriores de polarización circular en el CMB en más de un factor de 100. [17] [18]
