El instrumento que gira 2 veces por segundo sobre Atacama para leer el eco del Big Bang
A 5200 metros de altura, en el desierto más seco del mundo, el Simons Observatory afina un detector capaz de medir un giro de polarización de millonésimas de grado. El objetivo: encontrar la huella de las ondas gravitacionales que nacieron en la primera fracción de segundo del universo.
Una luz que viaja desde el principio del tiempo
Cuando el universo tenía apenas 380.000 años, se enfrió lo suficiente para que la luz pudiera viajar libremente por primera vez. Esa luz sigue cruzando el cosmos hasta hoy: es el fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación más antigua que podemos observar y la fotografía más temprana del universo que existe.
Dentro de ese resplandor hay un detalle diminuto que la cosmología persigue desde hace décadas: una forma particular de polarización —la orientación en que vibra la luz— que solo podrían haber dejado las ondas gravitacionales primordiales. Si existen, serían la prueba directa de la inflación cósmica: la expansión vertiginosa que el universo habría sufrido en su primera fracción de segundo. El problema es que esa señal es tan débil que medirla exige instrumentos al borde de lo físicamente posible.
Por qué Chile y por qué tan arriba
El Simons Observatory se levanta en el Parque Astronómico de Atacama, en el norte de Chile, a 5200 metros sobre el nivel del mar. No es un capricho: a esa altura, casi todo el vapor de agua de la atmósfera queda por debajo. Y el vapor de agua es el gran enemigo de las microondas, porque las absorbe y las emite como ruido. El cielo seco, alto y estable de Atacama es uno de los mejores del planeta para este trabajo, la misma razón por la que ALMA y los grandes telescopios ópticos eligieron este desierto.
El observatorio combina un telescopio de gran apertura (6 metros) con varios telescopios pequeños (apertura de 0,42 metros) llamados SAT. Son estos últimos, optimizados para observar grandes escalas del cielo, los encargados de cazar la señal de las ondas gravitacionales primordiales. Y dentro de cada uno late la pieza protagonista de este estudio.
Una lámina que gira para limpiar el ruido
El corazón del sistema es una lámina de media onda (en inglés, half-wave plate): un disco de zafiro de 505 milímetros de diámetro que rota de forma continua frente al telescopio. Al girar, hace rotar la polarización de la luz que entra. Esto permite separar la verdadera señal del cielo del ruido lento de la atmósfera y de las imperfecciones de los detectores, que de otro modo la enterrarían por completo.
La técnica es elegante: si la señal real gira con la lámina y el ruido no, basta con seguir el giro para distinguir uno de otro. Por eso todo depende de una cosa: saber, en cada instante, en qué ángulo exacto está la lámina. Un error de medición en ese ángulo se confunde directamente con señal falsa.
Disco de zafiro de 505 mm
Una lámina de media onda acromática que rota la polarización de la luz entrante. El zafiro se usa por su comportamiento óptico y su resistencia al frío extremo.
Enfriada a 50 K
Opera a unos 50 kelvin, cerca de 223 grados bajo cero. El frío reduce el calor que el propio instrumento aporta a los sensores, que trabajan a fracciones de grado sobre el cero absoluto.
2 giros por segundo
La lámina rota a 2 Hz, lo que produce una modulación de la polarización a 8 Hz. Esa frecuencia desplaza la señal lejos del ruido lento de la atmósfera.
Levitación magnética
Un cojinete magnético superconductor sostiene el rotor sin tocarlo, evitando fricción y vibraciones que un eje mecánico tradicional introduciría a esas velocidades.
La señal real gira con la lámina; el ruido, no. Toda la medición se reduce a saber el ángulo del disco con una precisión que hace un par de años habría parecido imposible.
— Síntesis del estudio del Simons Observatory
Reconstruir el giro con precisión de millonésimas
El estudio evalúa, con datos reales de campaña, qué tan bien el sistema conoce su propio giro. Para eso desarrollaron un método de reconstrucción del ángulo que combina dos codificadores ópticos independientes, ubicados a 180° uno del otro. El procedimiento limpia fallos puntuales de lectura, corrige sesgos periódicos del codificador y compensa el hecho de que el rotor nunca está perfectamente centrado.
El resultado es contundente: el sistema alcanza la precisión angular exigida en más del 99,9% de las observaciones, con un ruido mediano de 0,16 microradianes por raíz de segundo, muy por debajo del límite de 3 microradianes que el experimento se había impuesto. Como bonus, el mismo método mide el desplazamiento del rotor con una precisión de0,06 micrómetros por raíz de segundo: pueden detectar cómo vibra y se descentra el disco mientras gira, algo clave para controlar errores sistemáticos.
Lo que está realmente en juego
Validar que este modulador funciona como se necesita no es un detalle de ingeniería: es un requisito para que la medición del CMB sea creíble. Los telescopios pequeños del Simons Observatory apuntan a una sensibilidad capaz de detectar —o descartar con fuerza— la señal de las ondas gravitacionales primordiales. Si esa señal aparece, sería una ventana directa a los primeros instantes del universo y una de las confirmaciones más buscadas de la inflación cósmica.
Y todo eso ocurre sobre el desierto de Atacama, que vuelve a confirmarse como uno de los mejores miradores del cosmos que tiene la humanidad.
- El Simons Observatory mide la polarización del fondo cósmico de microondas desde Atacama, a 5200 m de altura.
- Una lámina de media onda de zafiro gira 2 veces por segundo, enfriada a 50 K y sostenida por levitación magnética.
- El sistema reconstruye su ángulo de giro con un ruido de 0,16 microradianes, cumpliendo la precisión en más del 99,9% de las observaciones.
- El objetivo final es cazar la huella de las ondas gravitacionales primordiales: la prueba directa de la inflación cósmica.
- arXiv. The Simons Observatory: Rotation Performance of Cryogenic Half-Wave Plate Polarization Modulators (arXiv:2605.27056, 26 may 2026)
Ver fuente → - arXiv. The Simons Observatory: Cryogenic Half Wave Plate Rotation Mechanism for the Small Aperture Telescopes (arXiv:2309.14803)
Ver fuente → - arXiv. Simons Observatory Small Aperture Telescope overview (arXiv:2101.11917)
Ver fuente → - arXiv. The Simons Observatory: Instrument Overview (arXiv:1808.04493)
Ver fuente → - Bluefors. Big Bang Vision: Exploring the Cosmic Microwave Background at Simons Observatory
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