Observatorio Simons

El Observatorio Simons se encuentra en el desierto de Atacama, en el norte de Chile , dentro de la Reserva Científica Chajnator , a una altitud de 5200 metros (17 000  pies). El Telescopio Cosmológico de Atacama (ACT) y el Conjunto Simons ^{[ 1 ]} se ubicaban cerca, pero estos instrumentos han sido reemplazados por los telescopios actuales del Observatorio Simons (tres telescopios de pequeña apertura y uno de gran apertura). Estos instrumentos realizan actualmente observaciones del Fondo Cósmico de Microondas (CMB). Su objetivo es estudiar cómo se originó el universo, de qué está compuesto y cómo evolucionó hasta su estado actual. El Observatorio Simons comparte muchos de los objetivos de los experimentos anteriores, pero aprovecha los avances tecnológicos para realizar mediciones mucho más precisas y diversas. Además, se prevé que muchos aspectos del Observatorio Simons (diseños ópticos, tecnologías de detectores, etc.) sirvan de base para el futuro conjunto CMB-S4 . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

El Observatorio Simons ha sido posible gracias a una donación conjunta 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 filántropo y magnate de los fondos de inversión que falleció el 10 de mayo de 2024, y su esposa, Marilyn, economista de formación. La colaboración es amplia y multinacional, con más de 300 científicos en más de 35 instituciones de todo el mundo.

El costo original del observatorio es de 110 millones de dólares, de los cuales 90 millones fueron aportados por la Fundación Simons. ^{[ 8 ]}

Actualmente (2025), las subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos , el Reino Unido y Japón han permitido ampliar las capacidades del observatorio. Además de duplicar el número de detectores instalados en el telescopio de gran apertura, se construirán telescopios adicionales de pequeña apertura. Para reducir la dependencia del observatorio de los generadores diésel, se está construyendo un gran conjunto de paneles solares.

Uno de los objetivos principales del Observatorio Simons es obtener mapas de polarización del cielo con una sensibilidad un orden de magnitud superior a la del satélite Planck . Esto permitirá medir con mayor precisión los parámetros cosmológicos y también facilitará una amplia gama de investigaciones científicas. Algunos ejemplos incluyen el efecto de lente gravitacional en el fondo cósmico de microondas, el bispectro primordial y los efectos térmicos y cinemáticos de Sunyaev-Zel'dovich . Al eliminar la interferencia de la señal de polarización de gran ángulo, será posible medir la relación tensor-escalar. El estudio también proporcionará un catálogo de 16 000 cúmulos de galaxias y más de 20 000 fuentes extragalácticas. Los detalles se han publicado en un documento de pronósticos. ^{[ 9 ]}

La radiación cósmica de fondo alcanza su máxima frecuencia a 160,3  GHz. A esta frecuencia, y justo por debajo de ella, la opacidad atmosférica es baja. Por consiguiente, la mayoría de los detectores del Observatorio Simons operarán en el rango de 90 a 150  GHz.

Sin embargo, para realizar mediciones precisas, es fundamental contar con cobertura en otras frecuencias para eliminar fuentes de ruido de fondo, como la emisión de nuestra galaxia. Dado que estas fuentes tienen un espectro diferente al del fondo cósmico de microondas (CMB), al utilizar frecuencias más altas y más bajas, es posible separarlas. Las frecuencias centrales exactas utilizadas por el Observatorio Simons son 27, 39, 93, 145, 225 y 280  GHz.

Para lograr una resolución angular suficientemente alta para algunos de los objetivos científicos, se necesita un telescopio con una apertura mayor a unos 5 metros. Para reducir los efectos sistemáticos, que se convierten en la principal fuente de errores en los mapas de muy bajo ruido, el Observatorio Simons ha construido un telescopio de 6 metros y subilumina el espejo primario a 5,5 metros. Al mismo tiempo, otros objetivos científicos requieren un ruido muy bajo en grandes escalas angulares, algo que un telescopio de 6 metros difícilmente podrá lograr. Por esta razón, el Observatorio Simons también ha construido tres telescopios de 0,5 metros de apertura y combina los conjuntos de datos para el análisis.

El Telescopio de Gran Apertura (LAT)

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. Fue construido por Vertex Antennentechnik en Alemania. ^{[ 10 ]} Este telescopio tiene un diseño idéntico al del telescopio CCAT-prime de mayor frecuencia, que aún está en construcción.

Los detectores del LAT están alojados en un único criostato de gran tamaño, de más de 2,4 metros de diámetro. Este puede albergar hasta 13 tubos ópticos, cada uno compuesto por tres lentes de silicio refrigeradas (para reenfocar la luz del foco secundario del telescopio hacia los detectores) y un diafragma de Lyot en la imagen del espejo primario (para evitar que la luz parásita de la estructura del telescopio llegue a los detectores). ^{[ 11 ]} Actualmente, de estos 13 tubos, uno opera a 27 y 39  GHz, cuatro a 93 y 145  GHz, dos a 225 y 280  GHz, y el resto se completará en un plazo de dos años. Este criostato es una de las cámaras astronómicas de ondas milimétricas más grandes jamás construidas. ^{[ 12 ]}

Los telescopios de pequeña apertura (SAT)

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 provenientes del suelo en los lóbulos laterales , es fundamental para la medición de las escalas angulares más grandes, por lo que cada telescopio cuenta con pantallas móviles y está montado dentro de una pantalla fija en tierra que refleja la difracción de dichas pantallas hacia el cielo.

El Observatorio Simons utilizará bolómetros de sensor de borde de transición (TES) . Estos dispositivos se enfriarán a 100 mK dentro de criostatos, utilizando enfriadores de tubo de pulso para enfriarlos por debajo de 4 Kelvin y refrigeradores de dilución para las etapas finales de enfriamiento a 1 K y 100 mK. Habrá aproximadamente 60 000 bolómetros, con aproximadamente la mitad en el LAT y el resto en los SAT. Para la lectura de los detectores, se utilizará un esquema de multiplexación de microondas . En la futura expansión del observatorio, algunos bolómetros TES serán reemplazados por mKIDS .

Dos de los telescopios SAT comenzaron a tomar mediciones en abril de 2024, justo a tiempo para el 86.º cumpleaños del Dr. Simons, el 25 de abril. El tercer SAT comenzó a observar en junio de 2024. Las primeras observaciones con el telescopio de gran apertura se realizaron en marzo de 2025. ^{[ 8 ]}

• Lista de observatorios astronómicos