Abstract We describe here the most ambitious survey currently planned in the optical, the Large Synoptic Survey Telescope (LSST). The LSST design is driven by four main science themes: probing dark energy and dark matter, taking an inventory of the solar system, exploring the transient optical sky, and mapping the Milky Way. LSST will be a large, wide-field ground-based system designed to obtain repeated images covering the sky visible from Cerro Pachón in northern Chile. The telescope will have an 8.4 m (6.5 m effective) primary mirror, a 9.6 deg 2 field of view, a 3.2-gigapixel camera, and six filters ( ugrizy ) covering the wavelength range 320–1050 nm. The project is in the construction phase and will begin regular survey operations by 2022. About 90% of the observing time will be devoted to a deep-wide-fast survey mode that will uniformly observe a 18,000 deg 2 region about 800 times (summed over all six bands) during the anticipated 10 yr of operations and will yield a co-added map to r ∼ 27.5. These data will result in databases including about 32 trillion observations of 20 billion galaxies and a similar number of stars, and they will serve the majority of the primary science programs. The remaining 10% of the observing time will be allocated to special projects such as Very Deep and Very Fast time domain surveys, whose details are currently under discussion. We illustrate how the LSST science drivers led to these choices of system parameters, and we describe the expected data products and their characteristics.

We present cosmological results from the final galaxy clustering data set of the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, part of the Sloan Digital Sky Survey III. Our combined galaxy sample comprises 1.2 million massive galaxies over an effective area of 9329 deg2 and volume of 18.7 Gpc3, divided into three partially overlapping redshift slices centred at effective redshifts 0.38, 0.51 and 0.61. We measure the angular diameter distance DM and Hubble parameter H from the baryon acoustic oscillation (BAO) method, in combination with a cosmic microwave background prior on the sound horizon scale, after applying reconstruction to reduce non-linear effects on the BAO feature. Using the anisotropic clustering of the pre-reconstruction density field, we measure the product DMH from the Alcock–Paczynski (AP) effect and the growth of structure, quantified by fσ8(z), from redshift-space distortions (RSD). We combine individual measurements presented in seven companion papers into a set of consensus values and likelihoods, obtaining constraints that are tighter and more robust than those from any one method; in particular, the AP measurement from sub-BAO scales sharpens constraints from post-reconstruction BAOs by breaking degeneracy between DM and H. Combined with Planck 2016 cosmic microwave background measurements, our distance scale measurements simultaneously imply curvature ΩK = 0.0003 ± 0.0026 and a dark energy equation-of-state parameter w = −1.01 ± 0.06, in strong affirmation of the spatially flat cold dark matter (CDM) model with a cosmological constant (ΛCDM). Our RSD measurements of fσ8, at 6 per cent precision, are similarly consistent with this model. When combined with supernova Ia data, we find H0 = 67.3 ± 1.0 km s−1 Mpc−1 even for our most general dark energy model, in tension with some direct measurements. Adding extra relativistic species as a degree of freedom loosens the constraint only slightly, to H0 = 67.8 ± 1.2 km s−1 Mpc−1. Assuming flat ΛCDM, we find Ωm = 0.310 ± 0.005 and H0 = 67.6 ± 0.5 km s−1 Mpc−1, and we find a 95 per cent upper limit of 0.16 eV c−2 on the neutrino mass sum.

We present cosmological results from a combined analysis of galaxy clustering and weak gravitational lensing, using 1321 deg$^2$ of $griz$ imaging data from the first year of the Dark Energy Survey (DES Y1). We combine three two-point functions: (i) the cosmic shear correlation function of 26 million source galaxies in four redshift bins, (ii) the galaxy angular autocorrelation function of 650,000 luminous red galaxies in five redshift bins, and (iii) the galaxy-shear cross-correlation of luminous red galaxy positions and source galaxy shears. To demonstrate the robustness of these results, we use independent pairs of galaxy shape, photometric redshift estimation and validation, and likelihood analysis pipelines. To prevent confirmation bias, the bulk of the analysis was carried out while blind to the true results; we describe an extensive suite of systematics checks performed and passed during this blinded phase. The data are modeled in flat $\Lambda$CDM and $w$CDM cosmologies, marginalizing over 20 nuisance parameters, varying 6 (for $\Lambda$CDM) or 7 (for $w$CDM) cosmological parameters including the neutrino mass density and including the 457 $\times$ 457 element analytic covariance matrix. We find consistent cosmological results from these three two-point functions, and from their combination obtain $S_8 \equiv \sigma_8 (\Omega_m/0.3)^{0.5} = 0.783^{+0.021}_{-0.025}$ and $\Omega_m = 0.264^{+0.032}_{-0.019}$ for $\Lambda$CDM for $w$CDM, we find $S_8 = 0.794^{+0.029}_{-0.027}$, $\Omega_m = 0.279^{+0.043}_{-0.022}$, and $w=-0.80^{+0.20}_{-0.22}$ at 68% CL. The precision of these DES Y1 results rivals that from the Planck cosmic microwave background measurements, allowing a comparison of structure in the very early and late Universe on equal terms. Although the DES Y1 best-fit values for $S_8$ and $\Omega_m$ are lower than the central values from Planck ...

This overview paper describes the legacy prospect and discovery potential of the Dark Energy Survey (DES) beyond cosmological studies, illustrating it with examples from the DES early data.DES is using a wide-field camera (DECam) on the 4 m Blanco Telescope in Chile to image 5000 sq deg of the sky in five filters (grizY).

We present the first cosmology results from large-scale structure using the full 5000 deg2 of imaging data from the Dark Energy Survey (DES) Data Release 1. We perform an analysis of large-scale structure combining three two-point correlation functions (3×2pt): (i) cosmic shear using 100 million source galaxies, (ii) galaxy clustering, and (iii) the cross-correlation of source galaxy shear with lens galaxy positions, galaxy–galaxy lensing. To achieve the cosmological precision enabled by these measurements has required updates to nearly every part of the analysis from DES Year 1, including the use of two independent galaxy clustering samples, modeling advances, and several novel improvements in the calibration of gravitational shear and photometric redshift inference. The analysis was performed under strict conditions to mitigate confirmation or observer bias; we describe specific changes made to the lens galaxy sample following unblinding of the results and tests of the robustness of our results to this decision. We model the data within the flat ΛCDM and wCDM cosmological models, marginalizing over 25 nuisance parameters. We find consistent cosmological results between the three two-point correlation functions; their combination yields clustering amplitude S8=0.776+0.017−0.017 and matter density Ωm=0.339+0.032−0.031 in ΛCDM, mean with 68% confidence limits; S8=0.775+0.026−0.024, Ωm=0.352+0.035−0.041, and dark energy equation-of-state parameter w=−0.98+0.32−0.20 in wCDM. These constraints correspond to an improvement in signal-to-noise of the DES Year 3 3×2pt data relative to DES Year 1 by a factor of 2.1, about 20% more than expected from the increase in observing area alone. This combination of DES data is consistent with the prediction of the model favored by the Planck 2018 cosmic microwave background (CMB) primary anisotropy data, which is quantified with a probability-to-exceed p=0.13–0.48. We find better agreement between DES 3×2pt and Planck than in DES Y1, despite the significantly improved precision of both. When combining DES 3×2pt data with available baryon acoustic oscillation, redshift-space distortion, and type Ia supernovae data, we find p=0.34. Combining all of these datasets with Planck CMB lensing yields joint parameter constraints of S8=0.812+0.008−0.008, Ωm=0.306+0.004−0.005, h=0.680+0.004−0.003, and ∑mν<0.13 eV (95% C.L.) in ΛCDM; S8=0.812+0.008−0.008, Ωm=0.302+0.006−0.006, h=0.687+0.006−0.007, and w=−1.031+0.030−0.027 in wCDM.21 MoreReceived 1 June 2021Accepted 22 October 2021DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.023520© 2022 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasCosmological parametersCosmologyDark energyDark matterPhysical SystemsLarge scale structure of the UniverseGravitation, Cosmology & Astrophysics

We use 26×106 galaxies from the Dark Energy Survey (DES) Year 1 shape catalogs over 1321 deg2 of the sky to produce the most significant measurement of cosmic shear in a galaxy survey to date. We constrain cosmological parameters in both the flat ΛCDM and the wCDM models, while also varying the neutrino mass density. These results are shown to be robust using two independent shape catalogs, two independent photo-z calibration methods, and two independent analysis pipelines in a blind analysis. We find a 3.5% fractional uncertainty on σ8(Ωm/0.3)0.5=0.782+0.027−0.027 at 68% C.L., which is a factor of 2.5 improvement over the fractional constraining power of our DES Science Verification results. In wCDM, we find a 4.8% fractional uncertainty on σ8(Ωm/0.3)0.5=0.777+0.036−0.038 and a dark energy equation-of-state w=−0.95+0.33−0.39. We find results that are consistent with previous cosmic shear constraints in σ8—Ωm, and we see no evidence for disagreement of our weak lensing data with data from the cosmic microwave background. Finally, we find no evidence preferring a wCDM model allowing w≠−1. We expect further significant improvements with subsequent years of DES data, which will more than triple the sky coverage of our shape catalogs and double the effective integrated exposure time per galaxy.12 MoreReceived 2 August 2017Corrected 28 August 2018DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.98.043528© 2018 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasAstrophysical studies of gravityCosmological constantCosmological parametersEvolution of the UniverseGravitationGravitational lensesLarge scale structure of the UniverseSky surveysGravitation, Cosmology & Astrophysics

We describe the first public data release of the Dark Energy Survey, DES DR1, consisting of reduced single-epoch images, co-added images, co-added source catalogs, and associated products and services assembled over the first 3 yr of DES science operations. DES DR1 is based on optical/near-infrared imaging from 345 distinct nights (2013 August to 2016 February) by the Dark Energy Camera mounted on the 4 m Blanco telescope at the Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile. We release data from the DES wide-area survey covering ∼5000 deg2 of the southern Galactic cap in five broad photometric bands, grizY. DES DR1 has a median delivered point-spread function of , r = 0.96, i = 0.88, z = 0.84, and Y = 090 FWHM, a photometric precision of <1% in all bands, and an astrometric precision of 151 . The median co-added catalog depth for a 195 diameter aperture at signal-to-noise ratio (S/N) = 10 is g = 24.33, r = 24.08, i = 23.44, z = 22.69, and Y = 21.44 . DES DR1 includes nearly 400 million distinct astronomical objects detected in ∼10,000 co-add tiles of size 0.534 deg2 produced from ∼39,000 individual exposures. Benchmark galaxy and stellar samples contain ∼310 million and ∼80 million objects, respectively, following a basic object quality selection. These data are accessible through a range of interfaces, including query web clients, image cutout servers, jupyter notebooks, and an interactive co-add image visualization tool. DES DR1 constitutes the largest photometric data set to date at the achieved depth and photometric precision.