El Observatorio Simons está ubicado en el alto desierto de Atacama , en el norte de Chile , dentro de la Reserva Científica Chajnator , a una altitud de 5.200 metros (17.000 pies). El Telescopio Cosmológico de Atacama (ACT) y el Conjunto Simons [1] se encuentran cerca y estos experimentos están realizando actualmente observaciones del Fondo Cósmico de Microondas (CMB). Sus objetivos son estudiar cómo comenzó el universo, de qué está hecho y cómo evolucionó hasta su estado actual. El Observatorio Simons comparte muchos de los mismos objetivos, pero apunta a aprovechar los avances en la tecnología para realizar mediciones mucho más precisas y diversas. Además, se prevé que muchos aspectos del Observatorio Simons (diseños ópticos, tecnologías de detectores, etc.) serán pioneros para el futuro conjunto CMB-S4. [2] [3] [4]
El Observatorio Simons ha sido posible gracias a una subvención combinada de 40,1 millones de dólares de la Fundación Simons y varias universidades participantes. [5] [6] [7] El observatorio lleva el nombre de la fundación y sus fundadores: Jim Simons, el multimillonario de fondos de cobertura y filántropo que murió el 10 de mayo de 2024 y su esposa, Marilyn, economista de formación. La colaboración es amplia y multinacional, con más de 250 científicos en más de 35 instituciones en todo el mundo.
El coste total del observatorio es de 110 millones de dólares, de los cuales 90 millones provienen de la Fundación Simons. [8]
Uno de los objetivos principales del Observatorio Simons son los mapas de polarización del cielo con una sensibilidad un orden de magnitud mejor que la del satélite Planck . Estos permitirán una mejor medición de los parámetros cosmológicos y también permitirán una amplia gama de otras ciencias. Los ejemplos incluyen la lente gravitacional del fondo de microondas, el bispectro primordial y los efectos térmicos y cinemáticos de Sunyaev-Zel'dovich . Al eliminar la lente de la señal de polarización de gran ángulo, será posible medir la relación tensor-escalar. El estudio también proporcionará un catálogo heredado de 16.000 cúmulos de galaxias y más de 20.000 fuentes extragalácticas. Los detalles se han publicado en un artículo de pronósticos. [9]
El CMB alcanza su pico máximo a una frecuencia de 160,3 GHz. En esta frecuencia y justo por debajo de ella, la opacidad atmosférica es baja. Como resultado, la mayoría de los detectores del Observatorio Simons funcionarán entre 90 y 150 GHz.
Sin embargo, para realizar mediciones sensibles es fundamental contar con cobertura en otras frecuencias, con el fin de eliminar elementos de primer plano, como las emisiones de nuestra galaxia. Dado que estos elementos de primer plano tienen un espectro diferente al del CMB, al utilizar frecuencias más altas y más bajas, es posible separarlos. Los centros de banda exactos utilizados por el Observatorio Simons son 27, 39, 93, 145, 225 y 280 GHz.
Para lograr una resolución angular lo suficientemente alta para algunos de los objetivos científicos, se necesita un telescopio con una apertura mayor de unos 5 metros. Para reducir los efectos sistemáticos que se convierten en la principal fuente de errores en los mapas de ruido muy bajo, el Observatorio Simons construirá un telescopio de 6 metros e iluminará el espejo primario a 5,5 metros. Al mismo tiempo, otros objetivos científicos requieren un ruido muy bajo en escalas angulares grandes, algo que un telescopio de 6 metros difícilmente podrá lograr. Por esta razón, el observatorio Simons también construirá tres telescopios de 0,5 metros y combinará los conjuntos de datos en el análisis.
El telescopio de 6 metros de diámetro tiene un diseño de Dragone cruzado . A una frecuencia de 90 GHz tiene un campo de visión de más de 7,8 grados. Lo está construyendo Vertex Antennentechnik en Alemania. [10] Este telescopio tiene un diseño idéntico al telescopio CCAT-prime de mayor frecuencia que también está en construcción.
Los detectores del LAT estarán alojados en un único criostato de gran tamaño de más de 2,4 metros de diámetro. Este albergará hasta 13 tubos ópticos compuestos por tres lentes de silicio refrigeradas (para reenfocar la luz del foco secundario del telescopio hacia los detectores) y un diafragma Lyot en una imagen del espejo primario (para evitar que la luz difusa de la estructura del telescopio llegue a los detectores). [11] Uno de estos 13 tubos funcionará a 27 y 39 GHz, cuatro funcionarán a 93 y 145 GHz, dos a 225 y 280 GHz y el resto se reservará para futuras ampliaciones. Este criostato será una de las cámaras astronómicas de ondas milimétricas más grandes jamás construidas. [12]
Los telescopios de pequeña apertura son telescopios refractores con tres lentes asféricas de silicio y una placa de media onda giratoria . Cada telescopio tiene un campo de visión de más de 35 grados. Superar los efectos sistemáticos, como la captación de señales del suelo en los lóbulos laterales , es fundamental para la medición de las escalas angulares más grandes, por lo que cada telescopio tiene pantallas que se mueven conjuntamente y está montado dentro de una pantalla fija en el suelo que refleja la difracción de las pantallas que se mueven conjuntamente hacia el cielo.
El Observatorio Simons utilizará bolómetros de sensores de borde de transición (TES) . Estos dispositivos se enfriarán a 100 mK dentro de criostatos utilizando enfriadores de tubo de pulso para enfriar por debajo de 4 Kelvin y refrigeradores de dilución para las etapas finales de enfriamiento de 1 K y 100 mK. Aproximadamente 60.000 bolómetros con aproximadamente la mitad en el LAT y el resto en los SAT. Para leer los detectores se utilizará un esquema de multiplexación de microondas.
Dos de los cuatro telescopios comenzaron a tomar mediciones en abril de 2024, a tiempo para el 86 cumpleaños del Dr. Simons el 25 de abril. Se espera que el tercero se una en unos meses (a partir de junio de 2024), y el cuarto, mucho más grande, está programado para comenzar a operar el próximo año. [8]
