Abstract Hyper Suprime-Cam (HSC) is a wide-field imaging camera on the prime focus of the 8.2-m Subaru telescope on the summit of Mauna Kea in Hawaii. A team of scientists from Japan, Taiwan, and Princeton University is using HSC to carry out a 300-night multi-band imaging survey of the high-latitude sky. The survey includes three layers: the Wide layer will cover 1400 deg2 in five broad bands (grizy), with a 5 σ point-source depth of r ≈ 26. The Deep layer covers a total of 26 deg2 in four fields, going roughly a magnitude fainter, while the UltraDeep layer goes almost a magnitude fainter still in two pointings of HSC (a total of 3.5 deg2). Here we describe the instrument, the science goals of the survey, and the survey strategy and data processing. This paper serves as an introduction to a special issue of the Publications of the Astronomical Society of Japan, which includes a large number of technical and scientific papers describing results from the early phases of this survey.

Abstract This paper presents the second data release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program, a wide-field optical imaging survey using the 8.2 m Subaru Telescope. The release includes data from 174 nights of observation through 2018 January. The Wide layer data cover about 300 deg$^2$ in all five broad-band filters ($grizy$) to the nominal survey exposure (10 min in $gr$ and 20 min in $izy$). Partially observed areas are also included in the release; about 1100 deg$^2$ is observed in at least one filter and one exposure. The median seeing in the i-band is ${0_{.}^{\prime \prime }6}$, demonstrating the superb image quality of the survey. The Deep (26 deg$^2$) and UltraDeep (4 deg$^2$) data are jointly processed and the UltraDeep-COSMOS field reaches an unprecedented depth of $i\sim 28$ at $5 \, \sigma$ for point sources. In addition to the broad-band data, narrow-band data are also available in the Deep and UltraDeep fields. This release includes a major update to the processing pipeline, including improved sky subtraction, PSF modeling, object detection, and artifact rejection. The overall data quality has been improved, but this release is not without problems; there is a persistent deblender problem as well as new issues with masks around bright stars. The user is encouraged to review the issue list before utilizing the data for scientific explorations. All the image products as well as catalog products are available for download. The catalogs are also loaded into a database, which provides an easy interface for users to retrieve data for objects of interest. In addition to these main data products, detailed galaxy shape measurements withheld from Public Data Release 1 (PDR1) are now available to the community. The shape catalog is drawn from the S16A internal release, which has a larger area than PDR1 (160 deg$^2$). All products are available at the data release site, https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp/.

We investigate the effect of active galactic nucleus (AGN) variability on the observed connection between star formation and black hole accretion in extragalactic surveys. Recent studies have reported relatively weak correlations between observed AGN luminosities and the properties of AGN hosts, which has been interpreted to imply that there is no direct connection between AGN activity and star formation. However, AGNs may be expected to vary significantly on a wide range of timescales (from hours to Myr) that are far shorter than the typical timescale for star formation (≳100 Myr). This variability can have important consequences for observed correlations. We present a simple model in which all star-forming galaxies host an AGN when averaged over ∼100 Myr timescales, with long-term average AGN accretion rates that are perfectly correlated with the star formation rate (SFR). We show that reasonable prescriptions for AGN variability reproduce the observed weak correlations between SFR and LAGN in typical AGN host galaxies, as well as the general trends in the observed AGN luminosity functions, merger fractions, and measurements of the average AGN luminosity as a function of SFR. These results imply that there may be a tight connection between AGN activity and SFR over galaxy evolution timescales, and that the apparent similarities in rest-frame colors, merger rates, and clustering of AGNs compared to "inactive" galaxies may be due primarily to AGN variability. The results provide motivation for future deep, wide extragalactic surveys that can measure the distribution of AGN accretion rates as a function of SFR.

We use infrared spectroscopy and photometry to empirically define the intrinsic, thermal infrared spectral energy distribution (i.e., 6-100 um SED) of typical active galactic nuclei (i.e., 2-10 keV luminosity, Lx=10^{42}-10^{44} ergs/s AGNs). On average, the infrared SED of typical AGNs is best described as a broken power-law at <40 um that falls steeply at >40um (i.e., at far-infrared wavelengths). Despite this fall-off at long wavelengths, at least 3 of the 11 AGNs in our sample have observed SEDs that are AGN-dominated even at 60 um, demonstrating the importance of accounting for possible AGN contribution even at far-infrared wavelengths. Our results also suggest that the average intrinsic AGN 6-100 um SED gets bluer with increasing X-ray luminosity, a trend seen both within our sample and also when we compare against the intrinsic SEDs of more luminous quasars (i.e., Lx>10^{44} ergs/s). We compare our intrinsic AGN SEDs with predictions from dusty torus models and find they are more closely matched by clumpy, rather than continuous, torus models. Next, we use our intrinsic AGN SEDs to define a set of correction factors to convert either monochromatic infrared or X-ray luminosities into total intrinsic AGN infrared (i.e., 8-1000 um) luminosities. Finally, we outline a procedure that uses our newly defined intrinsic AGN infrared SEDs, in conjunction with a selection of host-galaxy templates, to fit the infrared photometry of composite galaxies and measure the AGN contribution to their total infrared output. We verify the accuracy of our SED fitting procedure by comparing our results to two independent measures of AGN contribution. Our SED fitting procedure opens up the possibility of measuring the intrinsic AGN luminosities of large numbers of galaxies with well-sampled infrared data (e.g., IRAS, ISO, Spitzer and Herschel).

We present new Chandra observations that complete a sample of seventeen (17) luminous infrared galaxies (LIRGs) with D < 60 Mpc and low Galactic column densities of N_H < 5 X 10^20 cm^-2. The LIRGs in our sample have total infrared (8-1000um) luminosities in the range of L_IR ~ (1-8) X 10^11 L_sol. The high-resolution imaging and X-ray spectral information from our Chandra observations allow us to measure separately X-ray contributions from active galactic nuclei (AGNs) and normal galaxy processes (e.g., X-ray binaries and hot gas). We utilized total infrared plus UV luminosities to estimate star-formation rates (SFRs) and K-band luminosities and optical colors to estimate stellar masses (M*) for the sample. Under the assumption that the galaxy-wide 2-10 keV luminosity (LX) traces the combined emission from high mass X-ray binaries (HMXBs) and low mass X-ray binaries (LMXBs), and that the power output from these components are linearly correlated with SFR and M*, respectively, we constrain the relation LX = alpha M* + beta SFR. To achieve this, we construct a Chandra-based data set composed of our new LIRG sample combined with additional samples of less actively star-forming normal galaxies and more powerful LIRGs and ultraluminous infrared galaxies (ULIRGs) from the literature. Using these data, we measure best-fit values of alpha = (9.05 +/- 0.37) X 10^28 ergs s^-1 Msol^-1 and beta = (1.62 +/- 0.22) X 10^39 ergs s^-1 (Msol yr^-1)^-1. This scaling provides a more physically meaningful estimate of LX, with ~0.1-0.2 dex less scatter, than a direct linear scaling with SFR (abridged).

The Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP) is a three-layered imaging survey aimed at addressing some of the most outstanding questions in astronomy today, including the nature of dark matter and dark energy. The survey has been awarded 300 nights of observing time at the Subaru Telescope and it started in March 2014. This paper presents the first public data release of HSC-SSP. This release includes data taken in the first 1.7 years of observations (61.5 nights) and each of the Wide, Deep, and UltraDeep layers covers about 108, 26, and 4 square degrees down to depths of i~26.4, ~26.5, and ~27.0 mag, respectively (5sigma for point sources). All the layers are observed in five broad bands (grizy), and the Deep and UltraDeep layers are observed in narrow bands as well. We achieve an impressive image quality of 0.6 arcsec in the i-band in the Wide layer. We show that we achieve 1-2 per cent PSF photometry (rms) both internally and externally (against Pan-STARRS1), and ~10 mas and 40 mas internal and external astrometric accuracy, respectively. Both the calibrated images and catalogs are made available to the community through dedicated user interfaces and database servers. In addition to the pipeline products, we also provide value-added products such as photometric redshifts and a collection of public spectroscopic redshifts. Detailed descriptions of all the data can be found online. The data release website is https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp/.

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 Active galactic nuclei (AGN) are the signposts of black hole growth, and likely play an important role in galaxy evolution. An outstanding question is whether AGN of different spectral types indicate different evolutionary stages in the coevolution of black holes and galaxies. We present the angular correlation function between an AGN sample selected from Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP) optical photometry and Wide-field Infrared Survey Explorer mid-IR photometry and a luminous red galaxy (LRG) sample from HSC-SSP. We investigate AGN clustering strength as a function of luminosity and spectral features across three independent HSC fields totaling ∼600 deg 2 , for z ∈ 0.6 −1.2 and AGN with L 6 μ m > 3 × 10 44 erg s −1 . There are ∼28,500 AGN and ∼1.5 million LRGs in our primary analysis. We determine the average halo mass for the full AGN sample ( M h ≈ 10 12.9 h −1 M ⊙ ), and note that it does not evolve significantly as a function of redshift (over this narrow range) or luminosity. We find that, on average, unobscured AGN ( M h ≈ 10 13.3 h −1 M ⊙ ) occupy ∼4.5× more massive halos than obscured AGN ( M h ≈ 10 12.6 h −1 M ⊙ ), at 5 σ statistical significance using 1D uncertainties, and at 3 σ using the full covariance matrix, suggesting a physical difference between unobscured and obscured AGN, beyond the line-of-sight viewing angle. Furthermore, we find evidence for a halo mass dependence on reddening level within the Type I AGN population, which could support the existence of a dust-obscured phase. However, we also find that quite small systematic shifts in the redshift distributions of the AGN sample could explain current and previously observed differences in M h .

Abstract We assess the dark matter halo masses of luminous active galactic nuclei (AGNs) over the redshift range 0.2–1.2 using galaxy–galaxy lensing based on imaging data from the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP). We measure the weak lensing signal of a sample of 48,907 AGNs constructed using HSC and Wide-field Infrared Survey Explorer photometry. As expected, we find that the lensing mass profile of total AGN sample is consistent with that of massive galaxies ( log ( M * /  h − 2  M ⊙ ) ∼ 10.61). Surprisingly, the lensing signal remains unchanged when the AGN sample is split into four host galaxy stellar mass bins. Specifically, we find that the excess surface density of AGNs residing in galaxies with high stellar masses significantly differs from that of the control sample. We further fit a halo occupation distribution model to the data to infer the posterior distribution of parameters including the average halo mass. We find that the characteristic halo mass of the full AGN population lies near the knee ( log ( M h /  h − 1  M ⊙ ) = 12.0 ) of the stellar-to-halo mass relation (SHMR). Illustrative of the results given above, the halo masses of AGNs residing in host galaxies with high stellar masses (i.e., above the knee of the SHMR) fall below the calibrated SHMR while the halo masses of the low stellar mass sample are more consistent with the established SHMR. These results indicate that massive halos with a higher clustering bias tend to suppress AGN activity, probably due to the lack of available gas.

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 ).