The Simons Observatory (SO) is a new cosmic microwave background experiment being built on Cerro Toco in Chile, due to begin observations in the early 2020s. We describe the scientific goals of the experiment, motivate the design, and forecast its performance. SO will measure the temperature and polarization anisotropy of the cosmic microwave background in six frequency bands centered at: 27, 39, 93, 145, 225 and 280 GHz. The initial configuration of SO will have three small-aperture 0.5-m telescopes and one large-aperture 6-m telescope, with a total of 60,000 cryogenic bolometers. Our key science goals are to characterize the primordial perturbations, measure the number of relativistic species and the mass of neutrinos, test for deviations from a cosmological constant, improve our understanding of galaxy evolution, and constrain the duration of reionization. The small aperture telescopes will target the largest angular scales observable from Chile, mapping ≈ 10% of the sky to a white noise level of 2 μK-arcmin in combined 93 and 145 GHz bands, to measure the primordial tensor-to-scalar ratio, r , at a target level of σ( r )=0.003. The large aperture telescope will map ≈ 40% of the sky at arcminute angular resolution to an expected white noise level of 6 μK-arcmin in combined 93 and 145 GHz bands, overlapping with the majority of the Large Synoptic Survey Telescope sky region and partially with the Dark Energy Spectroscopic Instrument. With up to an order of magnitude lower polarization noise than maps from the Planck satellite, the high-resolution sky maps will constrain cosmological parameters derived from the damping tail, gravitational lensing of the microwave background, the primordial bispectrum, and the thermal and kinematic Sunyaev-Zel'dovich effects, and will aid in delensing the large-angle polarization signal to measure the tensor-to-scalar ratio. The survey will also provide a legacy catalog of 16,000 galaxy clusters and more than 20,000 extragalactic sources.

We present new arcminute-resolution maps of the Cosmic Microwave Background temperature and polarization anisotropy from the Atacama Cosmology Telescope, using data taken from 2013-2016 at 98 and 150 GHz. The maps cover more than 17,000 deg$^2$, the deepest 600 deg$^2$ with noise levels below 10 $\mu$K-arcmin. We use the power spectrum derived from almost 6,000 deg$^2$ of these maps to constrain cosmology. The ACT data enable a measurement of the angular scale of features in both the divergence-like polarization and the temperature anisotropy, tracing both the velocity and density at last-scattering. From these one can derive the distance to the last-scattering surface and thus infer the local expansion rate, $H_0$. By combining ACT data with large-scale information from WMAP we measure $H_0 = 67.6 \pm 1.1$ km/s/Mpc, at 68% confidence, in excellent agreement with the independently-measured Planck satellite estimate (from ACT alone we find $H_0 = 67.9 \pm 1.5$ km/s/Mpc). The $\Lambda$CDM model provides a good fit to the ACT data, and we find no evidence for deviations: both the spatial curvature, and the departure from the standard lensing signal in the spectrum, are zero to within 1$\sigma$; the number of relativistic species, the primordial Helium fraction, and the running of the spectral index are consistent with $\Lambda$CDM predictions to within $1.5 - 2.2\sigma$. We compare ACT, WMAP, and Planck at the parameter level and find good consistency; we investigate how the constraints on the correlated spectral index and baryon density parameters readjust when adding CMB large-scale information that ACT does not measure. The DR4 products presented here will be publicly released on the NASA Legacy Archive for Microwave Background Data Analysis.

We describe the design of a new polarization sensitive receiver, SPT-3G, for the 10-meter South Pole Telescope (SPT). The SPT-3G receiver will deliver a factor of ~20 improvement in mapping speed over the current receiver, SPTpol. The sensitivity of the SPT-3G receiver will enable the advance from statistical detection of B-mode polarization anisotropy power to high signal-to-noise measurements of the individual modes, i.e., maps. This will lead to precise (~0.06 eV) constraints on the sum of neutrino masses with the potential to directly address the neutrino mass hierarchy. It will allow a separation of the lensing and inflationary B-mode power spectra, improving constraints on the amplitude and shape of the primordial signal, either through SPT-3G data alone or in combination with BICEP-2/KECK, which is observing the same area of sky. The measurement of small-scale temperature anisotropy will provide new constraints on the epoch of reionization. Additional science from the SPT-3G survey will be significantly enhanced by the synergy with the ongoing optical Dark Energy Survey (DES), including: a 1% constraint on the bias of optical tracers of large-scale structure, a measurement of the differential Doppler signal from pairs of galaxy clusters that will test General Relativity on ~200 Mpc scales, and improved cosmological constraints from the abundance of clusters of galaxies.

We present the results of the first, deep Atacama Large Millimeter Array (ALMA) imaging covering the full ≃4.5 arcmin2 of the Hubble Ultra Deep Field (HUDF) imaged with Wide Field Camera 3/IR on HST. Using a 45-pointing mosaic, we have obtained a homogeneous 1.3-mm image reaching σ1.3 ≃ 35 μJy, at a resolution of ≃0.7 arcsec. From an initial list of ≃50 > 3.5σ peaks, a rigorous analysis confirms 16 sources with S1.3 > 120 μJy. All of these have secure galaxy counterparts with robust redshifts (〈z〉 = 2.15). Due to the unparalleled supporting data, the physical properties of the ALMA sources are well constrained, including their stellar masses (M*) and UV+FIR star formation rates (SFR). Our results show that stellar mass is the best predictor of SFR in the high-redshift Universe; indeed at z ≥ 2 our ALMA sample contains seven of the nine galaxies in the HUDF with M* ≥ 2 × 1010 M⊙, and we detect only one galaxy at z > 3.5, reflecting the rapid drop-off of high-mass galaxies with increasing redshift. The detections, coupled with stacking, allow us to probe the redshift/mass distribution of the 1.3-mm background down to S1.3 ≃ 10 μJy. We find strong evidence for a steep star-forming ‘main sequence’ at z ≃ 2, with SFR ∝M* and a mean specific SFR ≃ 2.2 Gyr−1. Moreover, we find that ≃85 per cent of total star formation at z ≃ 2 is enshrouded in dust, with ≃65 per cent of all star formation at this epoch occurring in high-mass galaxies (M* > 2 × 1010 M⊙), for which the average obscured:unobscured SF ratio is ≃200. Finally, we revisit the cosmic evolution of SFR density; we find this peaks at z ≃ 2.5, and that the star-forming Universe transits from primarily unobscured to primarily obscured at z ≃ 4.

The TolTEC Camera, mounted on the Large Millimeter Telescope (LMT), is a 3-band continuum camera and polarimeter operating at millimeter wavelengths. This paper reviews our progress on the camera commissioning and its inaugural scientific programs, spanning the 2022/2023 commissioning phases and reviewing the winter 2024 science program. We report on mapping speed estimations, optical performance, and the first scientific imaging and polarimetry findings. Additionally, advancements in out-of-focus holography and the integration of two novel maximum likelihood mapmakers are discussed. We conclude with scientific forecasts for the first four TolTEC Legacy Surveys and an overview of the initiatives aimed at facilitating public access to the camera and the broader LMT infrastructure.