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A wide field-of-view low-resolution spectrometer at APEX: Instrument design and science forecast

Authors :
The CONCERTO Collaboration
Ade, P.
Aravena, M.
Barria, E.
Beelen, A.
Benoit, A.
B��thermin, M.
Bounmy, J.
Bourrion, O.
Bres, G.
De Breuck, C.
Calvo, M.
Cao, Y.
Catalano, A.
D��sert, F. -X.
Dur��n, C. A
Fasano, A.
Fenouillet, T.
Garcia, J.
Garde, G.
Goupy, J.
Groppi, C.
Hoarau, C.
Lagache, G.
Lambert, J. -C.
Leggeri, J. -P.
Levy-Bertrand, F.
Macias-Perez, J.
Mani, H.
Marpaud, J.
Mauskopf, P.
Monfardini, A.
Pisano, G.
Ponthieu, N.
Prieur, L.
Roni, S.
Roudier, S.
Tourres, D.
Tucker, C.
Institut Néel (NEEL)
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology [2020-....] (Grenoble INP [2020-....])
Université Grenoble Alpes [2020-....] (UGA [2020-....])-Université Grenoble Alpes [2020-....] (UGA [2020-....])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM)
Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2020-....] (UGA [2020-....])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology [2020-....] (Grenoble INP [2020-....])
Université Grenoble Alpes [2020-....] (UGA [2020-....])
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble [2020-....] (OSUG [2020-....])
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes [2020-....] (UGA [2020-....])-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes [2020-....] (UGA [2020-....])
CONCERTO
Cryogénie (Cryo)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut d'astrophysique spatiale (IAS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Hélium : du fondamental aux applications (HELFA)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Electronique (ElecLab)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Magnétisme et Supraconductivité (MagSup)
The CONCERTO Collaboration
Cardiff University
Universidad Diego Portales [Santiago] (UDP)
Cryogénie (NEEL - Cryo)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES)
Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA)
Electronique (NEEL - ElecLab)
European Southern Observatory (ESO)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France
European Southern Observatory [Santiago] (ESO)
Arizona State University [Tempe] (ASU)
Magnétisme et Supraconductivité (NEEL - MagSup)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2020-....] (UGA [2020-....])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology [2020-....] (Grenoble INP [2020-....])
Source :
Astronomy & Astrophysics, Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2020, 642, pp.A60. ⟨10.1051/0004-6361/202038456⟩, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2020, 642, pp.A60. ⟨10.1051/0004-6361/202038456⟩
Publication Year :
2020

Abstract

Characterise the large-scale structure in the Universe from present times to the high redshift epoch of reionisation is essential to constraining the cosmology, the history of star formation and reionisation, measuring the gas content of the Universe and obtaining a better understanding of the physical process that drive galaxy formation and evolution. Using the integrated emission from unresolved galaxies or gas clouds, line intensity mapping (LIM) provides a new observational window to measure the larger properties of structure. This very promising technique motivates the community to plan for LIM experiments. We describe the development of a large field-of-view instrument, named CONCERTO, operating in the range 130-310 GHz from the APEX 12-meters telescope. CONCERTO is a low-resolution spectrometer based on the Lumped Element Kinetic Inductance Detectors technology. Spectra are obtained using a fast Fourier Transform Spectrometer (FTS), coupled to a dilution cryostat with base temperature of 0.1K. Two 2 kilo-pixels arrays of LEKID are mounted inside the cryostat that also contains the cold optics and the front-end electronics. We present in detail the technological choices leading to the instrumental concept, together with the design and fabrication of the instrument and preliminary laboratory tests on the detectors. We also give our best estimates of CONCERTO sensitivity and give predictions for two of the main scientific goals of CONCERTO, i.e. a [CII]-intensity mapping survey and observations of galaxy clusters. We provide a detail description of the instrument design. Based on realistic comparisons with existing instruments developed by our group (NIKA, NIKA2, and KISS), and on laboratory detectors characterisation, we provide an estimate of CONCERTO sensitivity on sky. Finally, we describe in detail two out of the main science goals offered by CONCERTO at APEX.<br />Comment: Accepted for publication in Astronomy and Astrophysics

Details

ISSN :
00046361
Database :
OpenAIRE
Journal :
Astronomy & Astrophysics
Accession number :
edsair.doi.dedup.....83b1a5f77b9901749e5962fba9fb4e84
Full Text :
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202038456