We discuss the measurements of the galaxy cluster mass functions at z ≈ 0.05 and z ≈ 0.5 using high-quality Chandra observations of samples derived from the ROSAT PSPC All-Sky and 400 deg2 surveys. We provide a full reference for the data analysis procedures, present updated calibration of relations between the total cluster mass and its X-ray indicators (TX, Mgas, and YX) based on a subsample of low-z relaxed clusters, and present a first measurement of the evolving LX–Mtot relation (with Mtot estimated from YX) obtained from a well defined statistically complete cluster sample and with appropriate corrections for the Malmquist bias applied. Finally, we present the derived cluster mass functions, estimate the systematic uncertainties in this measurement, and discuss the calculation of the likelihood function. We confidently measure the evolution in the cluster comoving number density at a fixed mass threshold, e.g., by a factor of 5.0 ± 1.2 at M500 = 2.5 × 1014 h−1 M☉ between z = 0 and 0.5. This evolution reflects the growth of density perturbations, and can be used for the cosmological constraints complementing those from the distance–redshift relation.

We present detailed comparisons of the intracluster medium (ICM) in cosmological Eulerian cluster simulations with deep Chandra observations of nearby relaxed clusters. To assess the impact of galaxy formation, we compare two sets of simulations, one performed in the non-radiative regime and another with radiative cooling and several physical processes critical to various aspects of galaxy formation: star formation, metal enrichment and stellar feedback. We show that the observed ICM properties outside cluster cores are well-reproduced in the simulations that include cooling and star formation, while the non-radiative simulations predict an overall shape of the ICM profiles inconsistent with observations. In particular, we find that the ICM entropy in our runs with cooling is enhanced to the observed levels at radii as large as half of the virial radius. We also find that outside cluster cores entropy scaling with the mean ICM temperature in both simulations and Chandra observations is consistent with being self-similar within current error bars. We find that the pressure profiles of simulated clusters are also close to self-similar and exhibit little cluster-to-cluster scatter. The X-ray observable-total mass relations for our simulated sample agree with the Chandra measurements to \~10%-20% in normalization. We show that this systematic difference could be caused by the subsonic gas motions, unaccounted for in X-ray hydrostatic mass estimates. The much improved agreement of simulations and observations in the ICM profiles and scaling relations is encouraging and the existence of tight relations of X-ray observables, such as Yx, and total cluster mass and the simple redshift evolution of these relations hold promise for the use of clusters as cosmological probes.

We present a catalog of galaxy clusters selected via their Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect signature from 2500 deg$^2$ of South Pole Telescope (SPT) data. This work represents the complete sample of clusters detected at high significance in the 2500-square-degree SPT-SZ survey, which was completed in 2011. A total of 677 (409) cluster candidates are identified above a signal-to-noise threshold of $\xi$ =4.5 (5.0). Ground- and space-based optical and near-infrared (NIR) imaging confirms overdensities of similarly colored galaxies in the direction of 516 (or 76%) of the $\xi$>4.5 candidates and 387 (or 95%) of the $\xi$>5 candidates; the measured purity is consistent with expectations from simulations. Of these confirmed clusters, 415 were first identified in SPT data, including 251 new discoveries reported in this work. We estimate photometric redshifts for all candidates with identified optical and/or NIR counterparts; we additionally report redshifts derived from spectroscopic observations for 141 of these systems. The mass threshold of the catalog is roughly independent of redshift above $z$~0.25 leading to a sample of massive clusters that extends to high redshift. The median mass of the sample is $M_{\scriptsize 500c}(\rho_\mathrm{crit})$ ~ 3.5 x 10$^{14} M_\odot h^{-1}$, the median redshift is $z_{med}$ =0.55, and the highest-redshift systems are at $z$>1.4. The combination of large redshift extent, clean selection, and high typical mass makes this cluster sample of particular interest for cosmological analyses and studies of cluster formation and evolution.

The Chandra image of the merging, hot galaxy cluster 1E 0657-56 reveals a bow shock propagating in front of a bullet-like gas cloud just exiting the disrupted cluster core. This is the first clear example of a shock front in a cluster. From the jumps in the gas density and temperature at the shock, the Mach number of the bullet-like cloud is 2-3. This corresponds to a velocity of 3000-4000 km s-1 relative to the main cluster, which means that the cloud traversed the core just 0.1-0.2 Gyr ago. The 6-7 keV "bullet" appears to be a remnant of a dense cooling flow region once located at the center of a merging subcluster whose outer gas has been stripped by ram pressure. The bullet's shape indicates that it is near the final stage of being destroyed by ram pressure and gasdynamic instabilities, as the subcluster galaxies move well ahead of the cool gas. The unique simplicity of the shock front and bullet geometry in 1E 0657-56 may allow a number of interesting future measurements. The cluster's average temperature is 14-15 keV but shows large spatial variations. The hottest gas (T > 20 keV) lies in the region of the radio halo enhancement and extensive merging activity involving subclusters other than the bullet.

Chandra observations of large samples of galaxy clusters detected in X-rays by ROSAT provide a new, robust determination of the cluster mass functions at low and high redshifts. Statistical and systematic errors are now sufficiently small, and the redshift leverage sufficiently large for the mass function evolution to be used as a useful growth of a structure-based dark energy probe. In this paper, we present cosmological parameter constraints obtained from Chandra observations of 37 clusters with 〈z〉 = 0.55 derived from 400 deg2 ROSAT serendipitous survey and 49 brightest z ≈ 0.05 clusters detected in the All-Sky Survey. Evolution of the mass function between these redshifts requires ΩΛ > 0 with a ∼5σ significance, and constrains the dark energy equation-of-state parameter to w0 = −1.14 ± 0.21, assuming a constant w and a flat universe. Cluster information also significantly improves constraints when combined with other methods. Fitting our cluster data jointly with the latest supernovae, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, and baryonic acoustic oscillation measurements, we obtain w0 = −0.991 ± 0.045 (stat) ±0.039 (sys), a factor of 1.5 reduction in statistical uncertainties, and nearly a factor of 2 improvement in systematics compared with constraints that can be obtained without clusters. The joint analysis of these four data sets puts a conservative upper limit on the masses of light neutrinos ∑mν < 0.33 eV at 95% CL. We also present updated measurements of ΩMh and σ8 from the low-redshift cluster mass function.

We present a systematic analysis of 43 nearby galaxy groups (kT500 = 0.7–2.7 keV or M500 = 1013–1014 h−1 M☉, 0.012  0.15 r500 and are consistent with a "universal temperature profile." We present the K–T relations at six characteristic radii (30 kpc, 0.15 r500, r2500, r1500, r1000, and r500), for 43 groups from this work and 14 clusters from the Vikhlinin et al. (2008) sample. Despite large scatter in the entropy values at 30 kpc and 0.15 r500, the intrinsic scatter at r2500 is much smaller and remains the same (∼ 10%) to r500. The entropy excess at r500 is confirmed, in both groups and clusters, but the magnitude is smaller than previous ROSAT and ASCA results. We also present scaling relations for the gas fraction. It appears that the average gas fraction between r2500 and r500 has no temperature dependence, ∼ 0.12 for 1–10 keV systems. The group gas fractions within r2500 are generally low and have large scatter. This work shows that the difference of groups from hotter clusters stems from the difficulty of compressing group gas inside of r2500. The large scatter of the group gas fraction within r2500 causes large scatter in the group entropy around the center and may be responsible for the large scatter of the group luminosities. Nevertheless, the groups appear more regular and more like clusters beyond r2500 from the results on gas fraction and entropy. Therefore, mass proxies can be extended into low-mass systems. The M500–T500 and M500–YX,500 relations derived in this work are indeed well behaved down to at least 2 ×1013 h−1 M☉.

X-ray observations of galaxy clusters potentially provide powerful cosmological probes if systematics due to our incomplete knowledge of the ICM physics is understood and controlled. In this paper we present mock Chandra analyses of cosmological cluster simulations and assess X-ray measurements of galaxy cluster properties using a model and procedure essentially identical to that used in real data analysis. We show that reconstruction of three-dimensional ICM density and temperature profiles is excellent for relaxed clusters, but still reasonably accurate for unrelaxed systems. The total ICM mass is measured quite accurately (≲6%) in all clusters, while the hydrostatic estimate of the gravitationally bound mass is biased low by about 5%-20% through the virial region, primarily due to additional pressure support provided by subsonic bulk motions in the ICM, ubiquitous in our simulations even in relaxed systems. Gas fraction determinations are therefore biased high; the bias increases toward cluster outskirts and depends sensitively on its dynamical state, but we do not observe significant trends of the bias with cluster mass or redshift. We also find that different average ICM temperatures, such as the X-ray spectroscopic Tspec and gas-mass-weighted Tmg, are related to each other by a constant factor with a relatively small object-to-object scatter and no systematic trend with mass, redshift, or the dynamical state of clusters. We briefly discuss direct applications of our results for different cluster-based cosmological tests.

We present comparison of X-ray proxies for the total cluster mass, including the spectral temperature (Tx), gas mass measured within r500 (Mg), and the new proxy, Yx, which is a simple product of Tx and Mg and is related to the total thermal energy of the ICM. We use mock Chandra images constructed for a sample of clusters simulated with the eulerian N-body+gasdynamics adaptive mesh refinement ART code in the concordance LCDM cosmology. The simulations achieve high spatial and mass resolution and include radiative cooling, star formation, and other processes accompanying galaxy formation. Our analysis shows that simulated clusters exhibit a high degree of regularity and tight correlations between the considered observables and total mass. The normalizations of the M-Tx, Mg-Tx, and M-Yx relations agree to better than 10-15% with the current observational measurements of these relations. Our results show that Yx is the best mass proxy with a remarkably low scatter of only ~5-7% in M500 for a fixed Yx, at both low and high redshifts and regardless of whether clusters are relaxed or not. In addition, we show that redshift evolution of the Yx-M500 relation is close to the self-similar prediction, which makes Yx a very attractive mass indicator for measurements of the cluster mass function from X-ray selected samples.

We present multiband photometry of 185 type-Ia supernovae (SNe Ia), with over 11,500 observations. These were acquired between 2001 and 2008 at the F. L. Whipple Observatory of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). This sample contains the largest number of homogeneously observed and reduced nearby SNe Ia (z ≲ 0.08) published to date. It more than doubles the nearby sample, bringing SN Ia cosmology to the point where systematic uncertainties dominate. Our natural system photometry has a precision of ≲0.02 mag in BVRIr'i' and ≲0.04 mag in U for points brighter than 17.5 mag. We also estimate a systematic uncertainty of 0.03 mag in our SN Ia standard system BVRIr'i' photometry and 0.07 mag for U. Comparisons of our standard system photometry with published SN Ia light curves and comparison stars, where available for the same SN, reveal agreement at the level of a few hundredths mag in most cases. We find that 1991bg-like SNe Ia are sufficiently distinct from other SNe Ia in their color and light-curve-shape/luminosity relation that they should be treated separately in light-curve/distance fitter training samples. The CfA3 sample will contribute to the development of better light-curve/distance fitters, particularly in the few dozen cases where near-infrared photometry has been obtained and, together, can help disentangle host-galaxy reddening from intrinsic supernova color, reducing the systematic uncertainty in SN Ia distances due to dust.

We present an analysis of ASCA spatially resolved spectroscopic data for a nearly complete sample of bright clusters with redshifts between 0.04 and 0.09. Together with several clusters analyzed elsewhere using the same method, this sample consists of 30 objects with Te ≳ 3.5 keV for which we obtained projected temperature profiles and, when possible, crude two-dimensional temperature maps. The clusters are A85, A119, A399, A401, A478, A644, A754, A780, A1650, A1651, A1795, A2029, A2065, A2142, A2256, A2319, A2597, A2657, A3112, A3266, A3376, A3391, A3395, A3558, A3571, A3667, A4059, Cygnus A, MKW 3S, and Triangulum Australis. All clusters, with the possible exception of a few with insufficiently accurate data, are found to be nonisothermal with spatial temperature variations (apart from cooling flows) by a factor of 1.3-2. ASCA temperature maps for many clusters reveal merger shocks. The most notable of these are A754, A2065, A3558, A3667, and Cygnus A; merging can also be inferred with lower confidence from the A85, A119, and A2657 temperature maps and from the A3395 and Triangulum Australis entropy maps. About one-half of the sample show signs of merging; in about 60% of the sample, we detect cooling flows. Nearly all clusters show a significant radial temperature decline at large radii. For a typical 7 keV cluster, the observed temperature decline between 1 and 6 X-ray core radii (0.15 and 0.9 h-1 Mpc) can be approximately quantified by a polytropic index of 1.2-1.3. Assuming such a polytropic temperature profile and hydrostatic equilibrium, the gravitating masses within 1 and within 6 core radii are approximately 1.35 and 0.7 times the isothermal β-model estimates, respectively. Most interestingly, we find that temperature profiles, excluding those for the most asymmetric clusters, appear remarkably similar when the temperature is plotted against the radius in units of the estimated virial radius. We compare the composite temperature profile to a host of published hydrodynamic simulations. The observed profiles appear steeper than predictions of most simulations. The predictions for Ω = 1 cosmological models are most discrepant, while models with low Ω are closer to our data. We note, however, that at least two high-resolution Ω = 1 simulations produced clusters with temperature profiles similar to or steeper than those observed. Our results thus provide a new constraint for adjusting numerical simulations and, potentially, discriminating among models of cluster formation.