ABSTRACT The Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) presents the first spectroscopic data from the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). This ninth data release (DR9) of the SDSS project includes 535,995 new galaxy spectra (median z ∼ 0.52), 102,100 new quasar spectra (median z ∼ 2.32), and 90,897 new stellar spectra, along with the data presented in previous data releases. These spectra were obtained with the new BOSS spectrograph and were taken between 2009 December and 2011 July. In addition, the stellar parameters pipeline, which determines radial velocities, surface temperatures, surface gravities, and metallicities of stars, has been updated and refined with improvements in temperature estimates for stars with T eff < 5000 K and in metallicity estimates for stars with [Fe/H] > -0.5. DR9 includes new stellar parameters for all stars presented in DR8, including stars from SDSS-I and II, as well as those observed as part of the SEGUE-2. The astrometry error introduced in the DR8 imaging catalogs has been corrected in the DR9 data products. The next data release for SDSS-III will be in Summer 2013, which will present the first data from the APOGEE along with another year of data from BOSS, followed by the final SDSS-III data release in 2014 December.

The Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) is designed to measure the scale of baryon acoustic oscillations (BAO) in the clustering of matter over a larger volume than the combined efforts of all previous spectroscopic surveys of large-scale structure. BOSS uses 1.5 million luminous galaxies as faint as i = 19.9 over 10,000 deg2 to measure BAO to redshifts z < 0.7. Observations of neutral hydrogen in the Lyα forest in more than 150,000 quasar spectra (g < 22) will constrain BAO over the redshift range 2.15 < z < 3.5. Early results from BOSS include the first detection of the large-scale three-dimensional clustering of the Lyα forest and a strong detection from the Data Release 9 data set of the BAO in the clustering of massive galaxies at an effective redshift z = 0.57. We project that BOSS will yield measurements of the angular diameter distance dA to an accuracy of 1.0% at redshifts z = 0.3 and z = 0.57 and measurements of H(z) to 1.8% and 1.7% at the same redshifts. Forecasts for Lyα forest constraints predict a measurement of an overall dilation factor that scales the highly degenerate DA(z) and H−1(z) parameters to an accuracy of 1.9% at z ∼ 2.5 when the survey is complete. Here, we provide an overview of the selection of spectroscopic targets, planning of observations, and analysis of data and data quality of BOSS.

We present the first Event Horizon Telescope (EHT) observations of Sagittarius A* (Sgr A$^*$), the Galactic center source associated with a supermassive black hole. These observations were conducted in 2017 using a global interferometric array of eight telescopes operating at a wavelength of $\lambda=1.3\,{\rm mm}$. The EHT data resolve a compact emission region with intrahour variability. A variety of imaging and modeling analyses all support an image that is dominated by a bright, thick ring with a diameter of $51.8 \pm 2.3$\,\uas (68\% credible interval). The ring has modest azimuthal brightness asymmetry and a comparatively dim interior. Using a large suite of numerical simulations, we demonstrate that the EHT images of Sgr A$^*$ are consistent with the expected appearance of a Kerr black hole with mass ${\sim}4 \times 10^6\,{\rm M}_\odot$, which is inferred to exist at this location based on previous infrared observations of individual stellar orbits as well as maser proper motion studies. Our model comparisons disfavor scenarios where the black hole is viewed at high inclination ($i > 50^\circ$), as well as non-spinning black holes and those with retrograde accretion disks. Our results provide direct evidence for the presence of a supermassive black hole at the center of the Milky Way galaxy, and for the first time we connect the predictions from dynamical measurements of stellar orbits on scales of $10^3-10^5$ gravitational radii to event horizon-scale images and variability. Furthermore, a comparison with the EHT results for the supermassive black hole M87$^*$ shows consistency with the predictions of general relativity spanning over three orders of magnitude in central mass.

Using effective temperature and metallicity derived from SDSS spectra for ~60,000 F- and G-type main-sequence stars (0.2 < g − r < 0.6), we develop polynomial models for estimating these parameters from the SDSS u − g and g − r colors. These photometric estimates have similar error properties as those determined from SDSS spectra. We apply this method to SDSS photometric data for over 2 million F/G stars and measure the unbiased metallicity distribution for a complete volume-limited sample of stars at distances between 500 pc and 8 kpc. The metallicity distribution can be exquisitely modeled using two components with a spatially varying number ratio, which correspond to disk and halo. The two components also possess the kinematics expected for disk and halo stars. The metallicity of the halo component is spatially invariant, while the median disk metallicity smoothly decreases with distance from the Galactic plane from –0.6 at 500 pc to –0.8 beyond several kiloparsecs. The absence of a correlation between metallicity and kinematics for disk stars is in a conflict with the traditional decomposition in terms of thin and thick disks. We detect coherent substructures in the kinematics-metallicity space, such as the Monoceros stream, which rotates faster than the LSR, and has a median metallicity of [Fe/H] = −0.95, with an rms scatter of only ~0.15 dex. We extrapolate our results to the performance expected from the Large Synoptic Survey Telescope (LSST) and estimate that LSST will obtain metallicity measurements accurate to 0.2 dex or better, with proper-motion measurements accurate to ~0.5 mas yr−1, for about 200 million F/G dwarf stars within a distance limit of ~100 kpc (g < 23.5).

The Sloan Digital Sky Survey (SDSS) and Two Micron All Sky Survey (2MASS) are rich resources for studying stellar astrophysics and the structure and formation history of the Galaxy. As new surveys and instruments adopt similar filter sets, it is increasingly important to understand the properties of the ugrizJHKs stellar locus, both to inform studies of "normal" main-sequence stars and enable robust searches for point sources with unusual colors. Using a sample of ∼600,000 point sources detected by SDSS and 2MASS, we tabulate the position and width of the ugrizJHKs stellar locus as a function of g - i color, and provide accurate polynomial fits. We map the Morgan-Keenan spectral type sequence to the median stellar locus by using synthetic photometry of spectral standards and by analyzing 3000 SDSS stellar spectra with a custom spectral typing pipeline, described in the Appendix to this paper. We develop an algorithm to calculate a point source's minimum separation from the stellar locus in a seven-dimensional color space, and use it to robustly identify objects with unusual colors, as well as spurious SDSS/2MASS matches. Analysis of a final catalog of 2117 color outliers identifies 370 white-dwarf/M dwarf (WDMD) pairs, 93 QSOs, and 90 M giant/carbon star candidates, and demonstrates that WDMD pairs and QSOs can be distinguished on the basis of their J - Ks and r - z colors. We also identify a group of objects with correlated offsets in the u - g versus g - r and g - r versus r - i color-color spaces, but subsequent follow-up is required to reveal the nature of these objects. Future applications of this algorithm to a matched SDSS-UKIDSS catalog may well identify additional classes of objects with unusual colors by probing new areas of color-magnitude space.

Abstract In this paper we provide a first physical interpretation for the Event Horizon Telescope's (EHT) 2017 observations of Sgr A*. Our main approach is to compare resolved EHT data at 230 GHz and unresolved non-EHT observations from radio to X-ray wavelengths to predictions from a library of models based on time-dependent general relativistic magnetohydrodynamics simulations, including aligned, tilted, and stellar-wind-fed simulations; radiative transfer is performed assuming both thermal and nonthermal electron distribution functions. We test the models against 11 constraints drawn from EHT 230 GHz data and observations at 86 GHz, 2.2 μ m, and in the X-ray. All models fail at least one constraint. Light-curve variability provides a particularly severe constraint, failing nearly all strongly magnetized (magnetically arrested disk (MAD)) models and a large fraction of weakly magnetized models. A number of models fail only the variability constraints. We identify a promising cluster of these models, which are MAD and have inclination i ≤ 30°. They have accretion rate (5.2–9.5) × 10 −9 M ⊙ yr −1 , bolometric luminosity (6.8–9.2) × 10 35 erg s −1 , and outflow power (1.3–4.8) × 10 38 erg s −1 . We also find that all models with i ≥ 70° fail at least two constraints, as do all models with equal ion and electron temperature; exploratory, nonthermal model sets tend to have higher 2.2 μ m flux density; and the population of cold electrons is limited by X-ray constraints due to the risk of bremsstrahlung overproduction. Finally, we discuss physical and numerical limitations of the models, highlighting the possible importance of kinetic effects and duration of the simulations.

Abstract In 2017 April, the Event Horizon Telescope (EHT) observed the near-horizon region around the supermassive black hole at the core of the M87 galaxy. These 1.3 mm wavelength observations revealed a compact asymmetric ring-like source morphology. This structure originates from synchrotron emission produced by relativistic plasma located in the immediate vicinity of the black hole. Here we present the corresponding linear-polarimetric EHT images of the center of M87. We find that only a part of the ring is significantly polarized. The resolved fractional linear polarization has a maximum located in the southwest part of the ring, where it rises to the level of ∼15%. The polarization position angles are arranged in a nearly azimuthal pattern. We perform quantitative measurements of relevant polarimetric properties of the compact emission and find evidence for the temporal evolution of the polarized source structure over one week of EHT observations. The details of the polarimetric data reduction and calibration methodology are provided. We carry out the data analysis using multiple independent imaging and modeling techniques, each of which is validated against a suite of synthetic data sets. The gross polarimetric structure and its apparent evolution with time are insensitive to the method used to reconstruct the image. These polarimetric images carry information about the structure of the magnetic fields responsible for the synchrotron emission. Their physical interpretation is discussed in an accompanying publication.

Abstract The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) will be a transformative experiment for gravitational wave astronomy, and, as such, it will offer unique opportunities to address many key astrophysical questions in a completely novel way. The synergy with ground-based and space-born instruments in the electromagnetic domain, by enabling multi-messenger observations, will add further to the discovery potential of LISA. The next decade is crucial to prepare the astrophysical community for LISA’s first observations. This review outlines the extensive landscape of astrophysical theory, numerical simulations, and astronomical observations that are instrumental for modeling and interpreting the upcoming LISA datastream. To this aim, the current knowledge in three main source classes for LISA is reviewed; ultra-compact stellar-mass binaries, massive black hole binaries, and extreme or interme-diate mass ratio inspirals. The relevant astrophysical processes and the established modeling techniques are summarized. Likewise, open issues and gaps in our understanding of these sources are highlighted, along with an indication of how LISA could help making progress in the different areas. New research avenues that LISA itself, or its joint exploitation with upcoming studies in the electromagnetic domain, will enable, are also illustrated. Improvements in modeling and analysis approaches, such as the combination of numerical simulations and modern data science techniques, are discussed. This review is intended to be a starting point for using LISA as a new discovery tool for understanding our Universe.

Abstract We present the first event-horizon-scale images and spatiotemporal analysis of Sgr A* taken with the Event Horizon Telescope in 2017 April at a wavelength of 1.3 mm. Imaging of Sgr A* has been conducted through surveys over a wide range of imaging assumptions using the classical CLEAN algorithm, regularized maximum likelihood methods, and a Bayesian posterior sampling method. Different prescriptions have been used to account for scattering effects by the interstellar medium toward the Galactic center. Mitigation of the rapid intraday variability that characterizes Sgr A* has been carried out through the addition of a “variability noise budget” in the observed visibilities, facilitating the reconstruction of static full-track images. Our static reconstructions of Sgr A* can be clustered into four representative morphologies that correspond to ring images with three different azimuthal brightness distributions and a small cluster that contains diverse nonring morphologies. Based on our extensive analysis of the effects of sparse ( u , v )-coverage, source variability, and interstellar scattering, as well as studies of simulated visibility data, we conclude that the Event Horizon Telescope Sgr A* data show compelling evidence for an image that is dominated by a bright ring of emission with a ring diameter of ∼50 μ as, consistent with the expected “shadow” of a 4 × 10 6 M ⊙ black hole in the Galactic center located at a distance of 8 kpc.

Most supermassive black holes (SMBHs) are accreting at very low levels and are difficult to distinguish from the galaxy centers where they reside. Our own Galaxy's SMBH provides a uniquely instructive exception, and we present a close-up view of its quiescent X-ray emission based on 3 mega-second of Chandra observations. Although the X-ray emission is elongated and aligns well with a surrounding disk of massive stars, we can rule out a concentration of low-mass coronally active stars as the origin of the emission based on the lack of predicted Fe Kalpha emission. The extremely weak H-like Fe Kalpha line further suggests the presence of an outflow from the accretion flow onto the SMBH. These results provide important constraints for models of the prevalent radiatively inefficient accretion state.