Status of BICEP Array and Integration of the 220/270 GHz Receiver

El universo comenzó como una sopa hirviente y caliente de energía y materia, expandiéndose rápidamente en una fracción de segundo antes de enfriarse en el vasto cosmos que vemos hoy. Esta expansión, conocida como inflación, dejó tras de sí un tenue resplandor de luz que llena todo el espacio, un remanente llamado fondo cósmico de microondas. Aunque esta luz es mayormente uniforme, contiene pequeñas ondulaciones de temperatura y una sutil polarización, o alineación, de sus ondas. Los científicos creen que los momentos más violentos del universo temprano, específicamente el rápido estiramiento del espacio, habrían creado un patrón de giro único en esta luz, conocido como modos B. Detectar estos patrones específicos es uno de los objetivos más importantes de la cosmología moderna porque confirmarían la teoría de la inflación y revelarían la escala de energía en la que nació el universo. Sin embargo, encontrar esta señal es como tratar de escuchar un susurro en un huracán; el universo está lleno de otras fuentes de luz polarizada, como el polvo en nuestra propia galaxia, que pueden fácilmente ahogar o imitar la tenue señal cósmica.

Para resolver este rompecabezas, un equipo de investigadores ha estado trabajando en un proyecto ambicioso llamado BICEP Array, ubicado en el Polo Sur. Esta ubicación ofrece una vista clara y seca del cielo, esencial para ver las señales más tenues. El proyecto utiliza una serie de telescopios especializados, o receptores, sintonizados a diferentes frecuencias de luz. Al observar el cielo a múltiples frecuencias, el equipo puede distinguir entre la antigua señal cósmica y el ruido de primer plano creado por el polvo galáctico. El artículo detalla el estado actual de este experimento, destacando el progreso realizado con dos receptores completados y el trabajo crítico en curso para terminar un tercer receptor de alta frecuencia, diseñado específicamente para mapear y eliminar la interferencia del polvo.

El equipo ya ha desplegado dos receptores totalmente funcionales. Uno opera en frecuencias más bajas para rastrear la radiación de sincrotrón, un tipo de luz emitida por electrones de alta velocidad, mientras que el otro opera a una frecuencia de 150, la cual se considera el punto ideal para observar el propio fondo cósmico. Los datos de estos instrumentos, recolectados durante varios años, se están combinando con observaciones previas para crear el mapa más sensible del cielo hasta la fecha. Estos mapas muestran los patrones esperados del universo temprano con una claridad creciente. El instrumento de baja frecuencia ha demostrado ser tan efectivo que ahora está proporcionando restricciones mejores sobre el primer plano de sincrotrón de lo que fuentes de datos externas más antiguas podrían haber logrado. Mientras tanto, el receptor de 150 GHz, a pesar de tener solo dos años de tiempo de observación, ya ha igualado la profundidad de los datos recopilados por un conjunto de telescopios mucho más antiguo durante dieciocho años, demostrando un salto masivo en la rapidez con la que el equipo puede mapear el cielo.

La tarea más urgente para el equipo es completar el tercer receptor, el cual está sintonizado a frecuencias mucho más altas de 220 y 270. Este instrumento es la clave para limpiar los mapas cósmicos del polvo galáctico, que actualmente representa una parte significativa de la incertidumbre en sus mediciones. El receptor fue desplegado en 2024 y está actualmente parcialmente terminado, con siete de doce módulos de detectores instalados. El equipo planea instalar los cinco módulos restantes antes de la temporada de observación de 2027, un objetivo que es ahora su máxima prioridad. Sin estos datos de alta frecuencia, no pueden separar completamente el polvo de la señal cósmica, lo cual es esencial para alcanzar su objetivo de sensibilidad última.

Durante la temporada de verano 2025–26, el equipo realizó pruebas iniciales en el receptor parcialmente completado para ver qué tan bien estaba funcionando. Midieron con qué eficiencia los detectores capturaban la luz, verificaron las frecuencias específicas a las que estaban sintonizados y mapearon la forma de la visión del telescopio. Los resultados para los módulos de 220 GHz fueron generalmente satisfactorios, con la mayoría de los detectores desempeñándose muy por encima de un umbral de eficiencia del veinte por ciento. El equipo también confirmó que los detectores estaban sintonizados a las frecuencias correctas y que la forma de su visión coincidía con las predicciones teóricas. Sin embargo, el único módulo que opera a 270 GHz mostró una eficiencia menor de la deseada. El equipo sospecha que esto se debe a un problema de alineación de fabricación que ha sido corregido en diseños más nuevos. Planean reemplazar este módulo de bajo rendimiento una vez que se complete el resto del receptor, y esperan que los nuevos componentes funcionen significativamente mejor.

El objetivo final del BICEP Array es alcanzar un nivel de precisión que les permita medir la relación tensor-escalar, un número que describe la fuerza de la señal de inflación, con una incertidumbre de aproximadamente 0.001. Las proyecciones actuales sugieren que si el equipo completa con éxito el receptor de alta frecuencia y combina sus datos con los instrumentos existentes, lograrán este objetivo para 2034. Este cronograma asume que pueden eliminar eficazmente la contaminación por polvo usando los nuevos mapas y que pueden contabilizar las formas sutiles en que el polvo se comporta a través de diferentes frecuencias. El progreso reportado en este artículo confirma que el hardware está funcionando según lo previsto y que el camino a seguir es claro, acercando a la comunidad científica un paso más a la comprensión de los primeros momentos de nuestro universo.