The efficiency of numerical calculations is discussed for selected algorithms employing the discrete ordinate method and the truncation approximation for the solar radiative intensity in moderately thick, plane-parallel scattering atmospheres. It is found that truncation of the phase function causes a significant error in the computed intensity and the magnitude of this error depends significantly on how the intensity is retrieved from the truncated radiative transfer equation. A newly developed retrieval algorithm, the IMS- method, yields the intensity field with an error ⪅1% when the number of discrete path is as small as 10 in the hemisphere for aerosol-laden atmospheres with optical thickness ⪅1.

We measure cosmic weak lensing shear power spectra with the Subaru Hyper Suprime-Cam (HSC) survey first-year shear catalog covering 137deg$^2$ of the sky. Thanks to the high effective galaxy number density of $\sim$17 arcmin$^{-2}$ even after conservative cuts such as magnitude cut of $i<24.5$ and photometric redshift cut of $0.3\leq z \leq 1.5$, we obtain a high significance measurement of the cosmic shear power spectra in 4 tomographic redshift bins, achieving a total signal-to-noise ratio of 16 in the multipole range $300 \leq \ell \leq 1900$. We carefully account for various uncertainties in our analysis including the intrinsic alignment of galaxies, scatters and biases in photometric redshifts, residual uncertainties in the shear measurement, and modeling of the matter power spectrum. The accuracy of our power spectrum measurement method as well as our analytic model of the covariance matrix are tested against realistic mock shear catalogs. For a flat $\Lambda$ cold dark matter ($\Lambda$CDM) model, we find $S_8\equiv \sigma_8(\Omega_{\rm m}/0.3)^\alpha=0.800^{+0.029}_{-0.028}$ for $\alpha=0.45$ ($S_8=0.780^{+0.030}_{-0.033}$ for $\alpha=0.5$) from our HSC tomographic cosmic shear analysis alone. In comparison with Planck cosmic microwave background constraints, our results prefer slightly lower values of $S_8$, although metrics such as the Bayesian evidence ratio test do not show significant evidence for discordance between these results. We study the effect of possible additional systematic errors that are unaccounted in our fiducial cosmic shear analysis, and find that they can shift the best-fit values of $S_8$ by up to $\sim 0.6\sigma$ in both directions. The full HSC survey data will contain several times more area, and will lead to significantly improved cosmological constraints.

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).

In this paper, we describe the optical imaging data processing pipeline developed for the Subaru Telescope's Hyper Suprime-Cam (HSC) instrument. The HSC Pipeline builds on the prototype pipeline being developed by the Large Synoptic Survey Telescope's Data Management system, adding customizations for HSC, large-scale processing capabilities, and novel algorithms that have since been reincorporated into the LSST codebase. While designed primarily to reduce HSC Subaru Strategic Program (SSP) data, it is also the recommended pipeline for reducing general-observer HSC data. The HSC pipeline includes high level processing steps that generate coadded images and science-ready catalogs as well as low-level detrending and image characterizations.

Matrix formulations are presented for the discrete-ordinate and the matrix-operator methods of solving the transfer of solar radiation in a plane-parallel scattering atmosphere. Eigenspace transformations of symmetric matrices are introduced into the method of Stamnes and Swanson instead of using the decomposition of an asymmetric matrix. The computational stability is considerably improved by this algorithm, especially for single-precision calculations. Representations of the reflection and transmission matrices in the matrix-operator method are also given, in terms of the indicated formulations, by considering a boundary-value problem of the discrete-ordinate method. The solutions of the discrete-ordinate method for inhomogeneous atmospheres are given by combining discrete-ordinate solutions for respective homogeneous sublayers through the addition technique of the matrix-operator method.

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/.

The monochromatic illumination system is constructed to carry out in situ measurements of the response function of the mosaicked CCD imager used in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). The system is outlined and the results of the measurements, mostly during the first 6 years of the SDSS, are described. We present the reference response functions for the five colour passbands derived from these measurements, and discuss column to column variations and variations in time, and also their effects on photometry. We also discuss the effect arising from various, slightly different response functions of the associated detector systems that were used to give SDSS photometry. We show that the calibration procedures of SDSS remove these variations reasonably well with the resulting final errors from variant response functions being unlikely to be larger than 0.01 mag for g, r, i, and z bands over the entire duration of the survey. The considerable aging effect is uncovered in the u band, the response function showing a 30% decrease in the throughput in the short wavelength side during the survey years, which potentially causes a systematic error in photometry. The aging effect is consistent with variation of the instrumental sensitivity in u-band, which is calibrated out. The expected colour variation is consistent with measured colour variation in the catalog of repeated photometry. The colour variation is delta (u-g) ~ 0.01 for most stars, and at most delta (u-g) ~ 0.02 mag for those with extreme colours. We verified in the final catalogue that no systematic variations in excess of 0.01 mag are detected in the photometry which can be ascribed to aging and/or seasonal effects except for the secular u-g colour variation for stars with extreme colours.

We present an updated version of the so-called Madau model for attenuation of the radiation from distant objects by intergalactic neutral hydrogen. First, we derive the distribution function of intergalactic absorbers from the latest observational statistics of the Lyα forest, Lyman-limit systems and damped Lyα systems. The distribution function reproduces the observed redshift evolution of the Lyα depression and the mean-free path of the Lyman continuum excellently and simultaneously. We then derive a set of analytic functions describing the mean intergalactic attenuation curve for objects at z > 0.5. The new model predicts less (or more) Lyα attenuation for z ≃ 3–5 (z > 6) sources through the usual broad-band filters relative to the original Madau model. This may cause a systematic difference in the photometric redshift estimates, which is, however, still small: about 0.05. Finally, we find a more than 0.5 mag overestimation of Lyman-continuum attenuation in the original Madau model at z > 3, which causes a significant overcorrection against direct observations of the Lyman continuum of galaxies.

Photometric redshifts are a key component of many science objectives in the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP). In this paper, we describe and compare the codes used to compute photometric redshifts for HSC-SSP, how we calibrate them, and the typical accuracy we achieve with the HSC five-band photometry (grizy). We introduce a new point estimator based on an improved loss function and demonstrate that it works better than other commonly used estimators. We find that our photo-z's are most accurate at 0.2<~zphot<~1.5, where we can straddle the 4000A break. We achieve sigma(d_zphot/(1+zphot))~0.05 and an outlier rate of about 15% for galaxies down to i=25 within this redshift range. If we limit to a brighter sample of i<24, we achieve sigma~0.04 and ~8% outliers. Our photo-z's should thus enable many science cases for HSC-SSP. We also characterize the accuracy of our redshift probability distribution function (PDF) and discover that some codes over/under-estimate the redshift uncertainties, which have implications for N(z) reconstruction. Our photo-z products for the entire area in the Public Data Release 1 are publicly available, and both our catalog products (such as point estimates) and full PDFs can be retrieved from the data release site, https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp/.

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).