Abstract The Cosmic Evolution Survey (COSMOS) has become a cornerstone of extragalactic astronomy. Since the last public catalog in 2015, a wealth of new imaging and spectroscopic data have been collected in the COSMOS field. This paper describes the collection, processing, and analysis of these new imaging data to produce a new reference photometric redshift catalog. Source detection and multiwavelength photometry are performed for 1.7 million sources across the 2 deg 2 of the COSMOS field, ∼966,000 of which are measured with all available broadband data using both traditional aperture photometric methods and a new profile-fitting photometric extraction tool, The Farmer , which we have developed. A detailed comparison of the two resulting photometric catalogs is presented. Photometric redshifts are computed for all sources in each catalog utilizing two independent photometric redshift codes. Finally, a comparison is made between the performance of the photometric methodologies and of the redshift codes to demonstrate an exceptional degree of self-consistency in the resulting photometric redshifts. The i < 21 sources have subpercent photometric redshift accuracy and even the faintest sources at 25 < i < 27 reach a precision of 5%. Finally, these results are discussed in the context of previous, current, and future surveys in the COSMOS field. Compared to COSMOS2015, it reaches the same photometric redshift precision at almost one magnitude deeper. Both photometric catalogs and their photometric redshift solutions and physical parameters will be made available through the usual astronomical archive systems (ESO Phase 3, IPAC-IRSA, and CDS).

ABSTRACT Over the past year, JWST has uncovered galaxies at record-breaking distances up to z ∼ 13. The JWST UNCOVER (ultra-deep NIRSpec and NIRcam observations before the epoch of reionization) program has obtained ultra-deep multiwavelength NIRCam imaging of the massive galaxy cluster A2744 over ∼45 arcmin2 down to ∼29.5 AB mag. Here, we present a robust ultraviolet (UV) luminosity function derived through lensing clusters at 9 &lt; z &lt; 12. Using comprehensive end-to-end simulations, we account for all lensing effects and systematic uncertainties in deriving both the amplification factors and the effective survey volume. Our results confirm the intriguing excess of UV-bright galaxies (MUV &lt;−20 AB mag) previously reported at z &gt; 9 in recent JWST studies. In particular, a double power-law (DPL) describes better the bright end of the luminosity function compared to the classical Schechter form. The number density of these bright galaxies is 10–100 times larger than theoretical predictions and previous findings based on Hubble Space Telescope (HST) observations. Additionally, we measure a star formation rate density of ρSFR = 10−2.64 M⊙ yr−1 Mpc−3 at these redshifts, which is 4–10 times higher than galaxy formation models that assume a constant star formation efficiency. Future wide-area surveys and accurate modelling of lensing-assisted observations will reliably constrain both the bright and the dim end of the UV luminosity function at z &gt; 9, which will provide key benchmarks for galaxy formation models.

Abstract SN H0pe is a triply imaged supernova (SN) at redshift z = 1.78 discovered using the James Webb Space Telescope. In order to classify the SN spectroscopically and measure the relative time delays of its three images (designated A, B, and C), we acquired NIRSpec follow-up spectroscopy spanning 0.6–5 μ m. From the high signal-to-noise spectra of the two bright images B and C, we first classify the SN, whose spectra most closely match those of SN 1994D and SN 2013dy, as a Type Ia SN. We identify prominent blueshifted absorption features corresponding to Si ii λ 6355 and Ca ii H λ 3970 and K λ 3935. We next measure the absolute phases of the three images from our spectra, which allow us to constrain their relative time delays. The absolute phases of the three images, determined by fitting the three spectra to Hsiao07 SN templates, are 6.5 − 1.8 + 2.4 days, 24.3 − 3.9 + 3.9 days, and 50.6 − 15.3 + 16.1 days for the brightest to faintest images. These correspond to relative time delays between Image A and Image B and between Image B and Image C of − 122.3 − 43.8 + 43.7 days and 49.3 − 14.7 + 12.2 days, respectively. The SALT3-NIR model yields phases and time delays consistent with these values. After unblinding, we additionally explored the effect of using Hsiao07 template spectra for simulations through 80 days instead of 60 days past maximum, and found a small (11.5 and 1.0 days, respectively) yet statistically insignificant (∼0.25 σ and ∼0.1 σ ) effect on the inferred image delays.

Abstract In this paper, we describe the “Medium Bands, Mega Science” JWST Cycle 2 survey (JWST-GO-4111) and demonstrate the power of these data to reveal both the spatially integrated and spatially resolved properties of galaxies from the local Universe to the era of cosmic dawn. Executed in 2023 November, MegaScience obtained ∼30 arcmin 2 of deep multiband NIRCam imaging centered on the z ∼ 0.3 A2744 cluster, including 11 medium-band filters and the two shortest-wavelength broadband filters, F070W and F090W. Together, MegaScience and the UNCOVER Cycle 1 treasury program provide a complete set of deep (∼28–30 mag AB ) images in all NIRCam medium- and broadband filters. This unique data set allows us to precisely constrain photometric redshifts, map stellar populations and dust attenuation for large samples of distant galaxies, and examine the connection between galaxy structures and formation histories. MegaScience also includes ∼17 arcmin 2 of NIRISS parallel imaging in two broadband and four medium-band filters from 0.9 to 4.8 μ m, expanding the footprint where robust spectral energy distribution (SED) fitting is possible. We provide example SEDs and multiband cutouts at a variety of redshifts, and use a catalog of JWST spectroscopic redshifts to show that MegaScience improves both the scatter and catastrophic outlier rate of photometric redshifts by factors of 2–3. Additionally, we demonstrate the spatially resolved science enabled by MegaScience by presenting maps of the [O iii ] line emission and continuum emission in three spectroscopically confirmed z > 6 galaxies. We show that line emission in reionization-era galaxies can be clumpy, extended, and spatially offset from continuum emission, implying that galaxy assembly histories are complex even at these early epochs. We publicly release fully reduced mosaics and photometric catalogs for both the NIRCam primary and NIRISS parallel fields ( jwst-uncover.github.io/megascience ).

Abstract Mass estimates of black holes (BHs) in the centers of active galactic nuclei (AGNs) often rely on the radius–luminosity relation. However, this relation, usually probed by reverberation mapping (RM), is poorly constrained in the high-luminosity and high-redshift ends due to the very long expected RM lag times. Multiply imaged AGNs may offer a unique opportunity to explore the radius–luminosity relation at these ends. In addition to comprising several magnified images enabling a more efficient light-curve sampling, the time delay between multiple images of strongly lensed quasars can also aid in making such RM measurements feasible on reasonable timescales: if the strong-lensing time delay is, for example, of the order of the expected RM time lag, changes in the emission lines in the leading image can be observed around the same time as the changes in the continuum in the trailing image. In this work we probe the typical time-delay distribution in galaxy-cluster lenses and estimate the number of both high-mass (∼10 9 −10 10 M ⊙ ) and high-redshift ( z ≳ 4−12) quasars that are expected to be strongly lensed by clusters. We find that up to several tens of thousands of M BH ∼ 10 6 –10 8 M ⊙ broad-line AGNs at z > 4 should be multiply imaged by galaxy clusters and detectable with JWST, hundreds with Euclid, and several thousand with the Roman Space Telescope, across the whole sky. These could supply an important calibration for the BH mass scaling in the early Universe.

Abstract MACS J0600.1-2008 (MACS0600) is an X-ray luminous, massive galaxy cluster at zd = 0.43, studied previously by the REionization LensIng Cluster Survey (RELICS) and ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) projects which revealed a complex, bimodal mass distribution and an intriguing high-redshift object behind it. Here, we report on the results of a combined analysis of the extended strong lensing (SL), X-ray, Sunyaev–Zeldovich (SZ), and galaxy luminosity-density properties of this system. Using new JWST and ground-based Gemini-N and Keck data, we obtain 13 new spectroscopic redshifts of multiply imaged galaxies and identify 12 new photometric multiple-image systems and candidates, including two multiply imaged z ∼ 7 objects. Taking advantage of the larger areal coverage, our analysis reveals an additional bimodal, massive SL structure which we measure spectroscopically to lie adjacent to the cluster and whose existence was implied by previous SL-modeling analyses. While based in part on photometric systems identified in ground-based imaging requiring further verification, our extended SL model suggests that the cluster may have the second-largest critical area and effective Einstein radius observed to date, Acrit ≃ 2.16 arcmin2 and θE = 49.7″ ± 5.0″ for a source at zs = 2, enclosing a total mass of M( &lt; θE) = (4.7 ± 0.7) × 1014 M⊙. These results are also supported by the galaxy luminosity distribution, the SZ and X-ray data. Yet another, probably related massive cluster structure, discovered in X-rays 5′ (1.7 Mpc) further north, suggests that MACS0600 is part of an even larger filamentary structure. This discovery adds to several recent detections of massive structures around SL galaxy clusters and establishes MACS0600 as a prime target for future high-redshift surveys with JWST.

Abstract We present JWST/NIRSpec prism spectroscopy of MACS0647−JD, a triply lensed z ∼ 11 candidate discovered in Hubble Space Telescope imaging and spatially resolved by JWST imaging into two components, A and B. Spectroscopy of component A yields a spectroscopic redshift z = 10.17 based on seven detected emission lines: C iii ] λ λ 1907, 1909, [O ii ] λ 3727, [Ne iii ] λ 3869, [Ne iii ] λ 3968, H δ λ 4101, H γ λ 4340, and [O iii ] λ 4363. These are the second-most distant detections of these emission lines to date, in a galaxy observed just 460 million years after the Big Bang. Based on observed and extrapolated line flux ratios we derive a gas-phase metallicity 12 + log(O/H) ∼ 7.5–8.0, or Z ∼ (0.06–0.2) Z ⊙ , ionization parameter log ( U ) = −1.9 ± 0.2, and an ionizing photon production efficiency log ( ξ ion ) = 25.2 ± 0.2  erg −1 Hz. The spectrum has a softened Ly α break, evidence for a strong Ly α damping wing. The Ly α damping wing also suppresses the F150W photometry, explaining the slightly overestimated photometric redshift z = 10.6 ± 0.3. MACS0647−JD has a stellar mass log( M / M ⊙ ) = 8.1 ± 0.3, including ∼6 × 10 7 M ⊙ in component A, most of which formed recently (within ∼20 Myr) with a star formation rate ∼ 2 ± 1 M ⊙ yr −1 , all within an effective radius 70 ± 24 pc. Spectroscopy of a fainter companion galaxy C separated by a distance of ∼ 3 kpc reveals a Lyman break consistent with z ∼ 10.17. MACS0647−JD is likely the most distant galaxy merger known.

In the cold dark matter (CDM) paradigm, an association between the hypothetic dark matter (DM) and its stellar counterpart is expected. However, parametric strong-lensing studies of galaxy clusters often display misleading features: DM components on the group or cluster scale without any stellar counterpart, offsets between the two components that are larger than what might be allowed by CDM or self-interacting DM models, or significant unexplained external shear components. This is the case in the galaxy cluster Abell 370, whose mass distribution has been the subject of several studies that were motivated by a wealth of data. The cluster was described parametrically with strong-lensing techniques by a model with four dark matter clumps and galaxy-scale perturbers, and with a significant external shear component, whose physical origin remains a challenge. The dark matter distribution features a mass clump without a stellar counterpart and a significant offset between one of the dark matter clumps and its associated stellar counterpart. This paper is based on BUFFALO data, and we begin by revisiting this mass model. Sampling this complex parameter space with Markov chain Monte Carlo (MCMC) techniques, we find a solution that does not require any external shear and provides a slightly better root mean square (RMS) than previous models (0.7″ compared to 0.9″). Investigating this new solution further, in particular, by varying the parameters that lead the MCMC sampler, we present a class of models that can accurately reproduce the strong-lensing data, but whose parameters for the dark matter component are poorly constrained. This limits any insights into its properties. We then developed a model in which each large-scale dark matter component must be associated with a stellar counterpart. This model with three dark matter clumps cannot reproduce the observational constraints with an RMS smaller than 2.3″, and the parameters describing this dark matter component remain poorly constrained. Examining the total projected mass maps, we find a good agreement between the total mass and the stellar distribution, which are both bimodal to first order. We interpret the misleading features of the mass model with four dark matter clumps and the failure of the mass model with three dark matter clumps as being symptomatic of the lacking realism of a parametric description of the dark matter distribution in such a complex merging cluster. We encourage caution and attention on the outputs of parametric strong-lensing modelling. We briefly discuss the implications of our results for using Abell 370 as a gravitational telescope. With the class of models that reproduce the strong- lensing data, we computed the magnifications for background Ly α emitters, and we present the critical curves obtained for the redshift of the Dragon arc, whose recent observations with the James Webb Space Telescope prompted interest. Finally, in light of our results, we discuss the strategy of choosing merging (multi-modal) clusters as gravitational telescopes compared to simple (unimodal) clusters.