Estudio Comparativo de Tecnología Fotónica y Digital para Instrumentación del Fondo Cósmico de Microondas.

Abstract

RESUMEN: La caracterización de la polarización del Fondo Cósmico de Microondas (FCM) es uno de los principales objetivos de la cosmología actual, dada la gran cantidad de información que puede ser extraída. Por ejemplo, permite poner límites a nuestro modelo cosmológico actual ꓥCDM, obtener información sobre las ondas gravitacionales primigenias, probar la teoría de la inflación, entre muchas otras. Sin embargo, su intensidad es muy pequeña (se espera que solo un 10 % de su radiación sea polarizada), lo que hace necesario el uso de instrumentos de gran resolución y sensibilidad. Existen una gran cantidad de propuestas destinadas a la detección de la polarización del FCM, tanto embarcadas en satélites como desde tierra. En general, los instrumentos utilizados pueden diferenciarse entre interferómetros e instrumentos de imagen directa, los cuales, a su vez pueden estar implementados mediante diversas tecnologías entre las cuales se encuentran las digitales y las ópticas. En este documento se realiza un estudio comparativo sobre la complejidad y coste que conlleva la utilización de dichas tecnologías, óptica y digital, y su influencia en la implementación de instrumentos de imagen directa e interferómetros. El fin de este estudio es discutir cual de las dos propuestas puede resultar más apropiada para un instrumento destinado a la caracterización de la principal fuente contaminante en la polarización del FCM, conocida como radiación sincrotrón, en la banda de 10 a 20 GHz. El hecho de que este trabajo se centre en dicha aplicación concreta es debido a que la caracterización de esta fuente contaminante es un proceso muy importante que permite su posterior limpieza en la medida de la polarización del FCM a frecuencias más altas, donde la influencia de los contaminantes es mínima. Un ejemplo de este tipo de aplicación es el instrumento MFI de QUIJOTE. Por otro lado, las conclusiones de este estudio se pueden extender a instrumentos destinados a la medida de la polarización del FCM a frecuencias de 25 a 50 GHz, donde el uso de receptores radiométricos es aún de interés, ya que, con el número adecuado de receptores, permitiría alcanzar las altas sensibilidades requeridas para la detección de los modos B de polarización del FCM en dichas bandas de frecuencia.

ABSTRACT: The characterization of the polarization of the Cosmic Microwave Background (CMB) is one of the main objectives of current cosmology, given the large amount of information that can be extracted. For example, it allows us to put limits on our current cosmological model ꓥCDM, to obtain information on the primordial gravitational waves, to test the theory of inflation, and many others. However, its intensity is very weak (only 10% of its radiation is expected to be polarized), making necessary to use instruments with ultrahigh sensitivity and resolution. There are a large number of proposals aimed to the detection of CMB polarization, both onboard satellites and ground-based experiments. In general, these instruments can be differentiated between interferometers and direct imaging instruments, which can also be implemented by various technologies including digital and optical. In this document, a comparative study is made on the complexity and cost involved in the use of these technologies, optical and digital, and their influence on the implementation of direct imaging instruments and interferometers. The purpose of this study is to discuss which of the two technologies may be more appropriate for the implementation of an instrument for the characterization of the main foreground in the CMB polarizaction spectra, known as synchrotron radiation, in the 10-20 GHz band. This work is focused on this specific application because the characterization of this foreground is a very important process that allows its subsequent cleaning in the CMB polarization measurement process at higher frequencies, where foregrounds influence is weaker. An example of this type of application is the QUIJOTE MFI instrument. On the other hand, the conclusions of this study can be extended to instruments designed to measure the polarization of the CMB at frequencies from 25 to 50 GHz, where the use of radiometric receivers is still of interest, since, with the appropriate number of receivers, it would allow to reach the high sensitivities required for the detection of the CMB polarization B modes at those frequency bands.