The Simons Observatory: forecasted constraints on primordial gravitational waves with the expanded array of Small Aperture Telescopes

Abril-Cabezas I.; Challinor A.; Clarke P.; Coulton W.; Embil Villagra C.; Fergusson J.; Legrand L.; McCarthy F.; Namikawa T.; Sailer N.; Shellard P.; Sherwin B.; Suman P.; Zubeldia I.; Bolliet B.; Challinor A.; Clarke P.; Coulton W.; Fergusson J.; Hertig E.; Kusiak A.; Legrand L.; McCarthy F.; Namikawa T.; Sherwin B.; Adachi S.; Adachi S.; Ashton P.; Chinone Y.; Jost B.; Katayama N.; Kusaka A.; Liu J.; Matsumura T.; Namikawa T.; Sakurai Y.; Tajima O.; Takakura S.; Ade P.; Barry P.; Braithwaite C.; Brien T.L.R.; Calabrese E.; Desai S.; Doyle S.; Giardiello S.; Hargrave P.; Harrison I.; Jense H.T.; Lyons M.; Negrello M.; Papageorgiou A.; Rowe S.; Sudiwala R.; Tucker C.; Veenendaal I.; Viña M.; Adler A.E.; Ali A.; Ashton P.; Baleato Lizancos A.; Beckman S.; Corbett L.; Crowley K.T.; Cukierman A.; Ferraro S.; Goeckner-Wald N.; Hadzhiyska B.; Hill C.A.; Jeong O.; Krolewski A.; Lee A.; Linder E.; Prasad B.; Randall M.J.; Raum C.; Seljak U.; Song X.; Stein G.; Westbrook B.; Yu B.; Adler A.E.; Keskitalo R.; Kisner T.; Adler A.E.; Agrawal P.; Arnold K.; Bixler B.; Boettger D.; Chu M.; Crowley K.T.; Flauger R.; Fuller G.; Green D.; Idicherian Lonappan A.; Johnson A.; Keating B.; Keskitalo R.; Seibert J.; Spisak J.; Teply G.; Aguirre J.; Atkins Z.; Baker D.; Bhandarkar T.; Borrill J.; Borrow J.; Devlin M.; Dicker S.; Doux C.; Gallardo P.A.; Grubb S.; Haridas S.; Iuliano J.; Jain B.; Joshi N.; Kim J.; Kofman A.M.; Laguë A.; Lee E.; Limon M.; Madhavacheril M.; Manduca A.; Myers J.; Orlowski-Scherer J.; Pandey S.; Perez Sarmiento K.; Robe J.; Schmitt B.; Thornton R.; Zhu N.; Aiola S.; Hasselfield M.; Ho S.; McCarthy F.; Alford T.; Bhimani S.; Cleary J.; Datta R.; Harrington K.; Hood J.; Kofman A.M.; Mallaby-Kay M.; McMahon J.; Meulbroek E.; Pitocco J.; Saunders L.J.; Thomas A.; Alford T.; Kabra V.; Lessler C.; Mangu A.; McMahon J.; Sutariya S.; Alonso D.; Jones M.E.; La Posta A.; Leech J.; Rizzieri A.; Taylor A.C.; Wolz K.; Zhang W.; Alvarez M.A.; Groh J.C.; Li Z.; An R.; Gerras R.; Gluscevic V.; He A.; Krishak A.; Lashner J.; Lonergan J.; Miller A.; Morton T.; Pierpaoli E.; Aravena M.; Arnold K.; Ashton P.; Borrill J.; El Bouhargani H.; Farren G.S.; Ferraro S.; Hill C.A.; Kusaka A.; Lee A.; Linder E.; Seljak U.; Stein G.; Suzuki A.; Tsan T.; Williams P.; Astori F.; Bizzarri L.; Coppi G.; Dachlythra N.; Fanfani V.; Nati F.; Novelli A.; Scalcinati L.; Souverin T.; Zannoni M.; Azzoni S.; Bazarko A.; Begin J.; Bruno S.M.; Carl F.M.; Crowley K.D.; Day-Weiss S.; Dunkley J.; Dutcher D.; Foster A.; Liu Y.; McCarrick H.; O'Neill S.; Page L.A.; Paraskevakos I.; Sakuma T.; Seino Y.; Sonka R.F.; Staggs S.T.; Storer E.; Sueno Y.; Wagoner K.; Wang Y.; Yamada K.; Zheng K.; Austermann J.; Beall J.A.; Connors J.; Duff S.M.; Hubmayr J.; Link M.; Lucas T.; Mates J.; Ullom J.; Vale L.; Van Lanen J.; Vissers M.; Walker S.; Baccigalupi C.; Carones A.; Krachmalnicoff N.; Perrotta F.; Poletti D.; Ranucci C.; Roy A.; Vacher L.; Baccigalupi C.; Baccigalupi C.; Balafendiev R.; Gudmundsson J.E.; Khatua A.A.; Ren X.; Barron D.; Bartlett J.; Basyrov A.; Beringue B.; Biquard S.; Chanial P.; Errard J.; Ganga K.; Kabalan W.; Masson P.; Melin J.; Sohn W.; Stompor R.; Tsang King Sang E.; Vergès C.; Villarrubia Aguilar A.; Battaglia N.; Bean R.; Calafut V.; Niemack M.D.; Patki R.; Riechers D.; Battistelli E.S.; Pisano G.; Battye R.; Brown M.L.; Cheung K.; Chluba J.; Gilles V.; Harrison I.; Haynes V.; Holder J.; Hornsby A.L.; Jain D.; Kania J.; Lee E.; May A.; McCallum N.; McCulloch M.; Mohammadian B.; Nicola A.; Orlando A.; Piccirillo L.; Rosenberg E.; Rotti A.; Thomas D.B.; Williams J.; Wong J.; Bayer A.; Dunkley J.; Beck D.; Clark S.E.; Cukierman A.; Ho S.P.; Irwin K.; Karpel E.D.; Salatino M.; Satterthwaite T.P.; Young E.; Beheshti A.; Biermann E.; Cai H.; Kosowsky A.; Bianchini F.; Clancy J.; Gupta N.; Reichardt C.L.; Billi M.; Puglisi G.; Boada S.; Gawiser E.; Hughes J.P.; Bolliet B.; Bond J.R.; Li Z.; Borrill J.; Keskitalo R.; Kisner T.; Ludlam M.; Bryan S.; Gordon S.; Groppi C.; Hoh J.; Mani H.; Mathewson J.; Mauskopf P.; Mehta Y.; Shaikh S.; Sinclair A.; van Engelen A.; Bustos R.; Carron J.; Darwish O.; Carron J.; Chamberlain E.; Kou R.; Lewis A.; Mirmelstein M.; Robertson M.F.; Challinor A.; Gratton S.; Hertig E.; Kusiak A.; MacCrann N.; Robertson N.; Chen N.; Trac H.; Chiang B.; Huffenberger K.; Hughes A.; Paulino Korte S.; Rahman F.; Vargas C.; Chiang B.; Huffenberger K.; Hughes A.; Rahman F.; Vargas C.; Chiang B.; Huffenberger K.; Maldonado F.; Chinone Y.; Hasegawa M.; Cho H.S.; Clark S.E.; Cukierman A.; Frisch J.C.; Henderson S.W.; Irwin K.; Maniyar A.S.; Pinsonneault-Marotte T.; Qu F.J.; Ried Guachalla B.; Satterthwaite T.P.; Schaan E.; Sierra C.; Young E.; Cho H.S.; D'Ewart J.M.; Henderson S.W.; Irwin K.; Maniyar A.S.; Qu F.J.; Romero A.; Schaan E.; Sierra C.; Van Winkle D.D.; Choi S.K.; Clements D.L.; Contaldi C.; Gleave E.; Jaffe A.H.; Leung J.S.; Mak D.; Peel M.; Contaldi C.; Leung J.S.; Cothard N.F.; Crichton D.; Hilton M.; Knowles K.; Moodley K.; Phakathi P.; Sievers J.; Sikhosana P.; de Haan T.; Hasegawa M.; Hazumi M.; Kaneko D.; Tajima O.; Takaku R.; Di Mascolo L.; Ding K.; Meerburg P.D.; Dow P.; Edenton M.; Johnson B.R.; Shroyer J.E.; Walters L.; Wilson J.; Duell C.J.; Ho A.Y.Q.; Huber Z.B.; Keller B.; Li Y.; Lin L.; Middleton A.; Moser E.; Niemack M.D.; Patel D.; Popik C.; Stevens J.R.; Wang Y.; Duivenvoorden A.J.; Duparc M.; Garrido X.; Louis T.; Dünner R.; Hervías-Caimapo C.; Puddu R.; Rojas F.; Fabbian G.; Pagano L.; Farhadi Khouzani F.; La Plante P.; Farren G.S.; Li Z.; Forconi M.; Galloni G.; Gerbino M.; Lattanzi M.; Morshed M.; Natoli P.; Pagano L.; Zagatti G.; Gerbino M.; Lattanzi M.; Morshed M.; Natoli P.; Pagano L.; Freese K.; Galitzki N.; Lloyd J.; Montefalcone G.; Shaw E.; Freese K.; Galitzki N.; Shaw E.; Freese K.; Gudmundsson J.E.; Hagstotz S.; Tansieri I.; Frolov A.; Gallardo P.A.; Healy E.; Kofman A.M.; McMahon J.; Thomas A.; Yu C.; Galvez Ghersi J.T.; Gill A.; Giri U.; Hotinli S.C.; Johnson M.; Smith K.; Goldstein S.; Hill J.C.; Pandey S.; Surrao K.M.; Golec J.E.; Gralla M.; Kramer D.; Guan Y.; Hložek R.; Ikape M.; Nerval S.K.; Guan Y.; Hincks A.D.; Hložek R.; Hornecker E.; Rogers K.; Winch H.; Harrington K.; Yu C.; Hazumi M.; Hensley B.S.; Higuchi M.; Inaba K.; Kiuchi K.; Koizumi Y.; Kusaka A.; Matsumura T.; Miki Y.; Murata M.; Nashimoto M.; Nishino H.; Nishinomiya Y.; Sakaguri K.; Sasaki D.; Sugiyama J.; Takeuchi A.; Terasaki T.; Yamada K.; Hilton M.; Hincks A.D.; Hinshaw G.; Hoang T.D.; Huang Z.; Jost B.; Liu J.; Matsumura T.; Namikawa T.; Kasai Y.; Mizozoe Y.; Nakata H.; Okumoto N.; Seino Y.; Suzuki J.; Tajima O.; Takakura S.; Koopman B.J.; McCrackan M.; Morris T.; Newburgh L.; Nguyen D.V.; Silva-Feaver M.; Kvasiuk Y.; Lai A.; Münchmeyer M.; Timbie P.; Legrand L.; Lungu M.; Sanders G.H.; MacInnis A.; Sehgal N.; Marques G.A.; McMahon J.; Saunders L.J.; Simon S.M.; McMahon J.; Melin J.; Meyers J.; Moore J.; Vavagiakis E.M.; Mroczkowski T.; Naess S.; Partridge B.; Puglisi G.; Puglisi G.; Reeves R.; Remazeilles M.; Rephaeli Y.; Sadeh S.; Shimon M.; Sakurai Y.; Sanders G.H.; Sathyanarayana Rao M.; Schmittfull M.; Sifón C.; van Marrewijk J.; Wagoner K.; Wollack E.J.; Xu Z.; Zonca A. · Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2026) · DOI: 10.1088/1475-7516/2026/04/051

Resumen

We present updated forecasts for the scientific performance of the degree-scale (0.5 deg FWHM at 93 GHz), deep-field survey to be conducted by the Simons Observatory (SO). By 2027, the SO Small Aperture Telescope (SAT) complement will be doubled from three to six telescopes, including a doubling of the detector count in the 93 GHz and 145 GHz channels to 48,160 detectors. Combined with a planned extension of the survey duration to 2035, this expansion will significantly enhance SO's search for a B-mode signal in the polarisation of the cosmic microwave background, a potential signature of gravitational waves produced in the very early Universe. Assuming a 1/f noise model with knee multipole ℓknee = 50 and a moderately complex model for Galactic foregrounds, we forecast a 1σ (or 68% confidence level) constraint on the tensor-to-scalar ratio r of σr = 1.2 × 10-3, assuming no primordial B-modes are present. This forecast assumes that 70% of the B-mode lensing signal can ultimately be removed using high resolution observations from the SO Large Aperture Telescope (LAT) and overlapping large-scale structure surveys. For more optimistic assumptions regarding foregrounds and noise, and assuming the same level of delensing, this forecast constraint improves to σr = 7 × 10-4. These forecasts represent a major improvement in SO's constraining power, being a factor of around 2.5 times better than what could be achieved with the originally planned campaign, which assumed the existing three SATs would conduct a five-year survey.

Instituciones: Universidad de Ingeniería y Tecnología