We present UV, optical, and NIR photometry of the first electromagnetic counterpart to a gravitational wave source from Advanced LIGO/Virgo, the binary neutron star merger GW170817. Our data set extends from the discovery of the optical counterpart at $0.47$ days to $18.5$ days post-merger, and includes observations with the Dark Energy Camera (DECam), Gemini-South/FLAMINGOS-2 (GS/F2), and the {\it Hubble Space Telescope} ({\it HST}). The spectral energy distribution (SED) inferred from this photometry at $0.6$ days is well described by a blackbody model with $T\approx 8300$ K, a radius of $R\approx 4.5\times 10^{14}$ cm (corresponding to an expansion velocity of $v\approx 0.3c$), and a bolometric luminosity of $L_{\rm bol}\approx 5\times10^{41}$ erg s$^{-1}$. At $1.5$ days we find a multi-component SED across the optical and NIR, and subsequently we observe rapid fading in the UV and blue optical bands and significant reddening of the optical/NIR colors. Modeling the entire data set we find that models with heating from radioactive decay of $^{56}$Ni, or those with only a single component of opacity from $r$-process elements, fail to capture the rapid optical decline and red optical/NIR colors. Instead, models with two components consistent with lanthanide-poor and lanthanide-rich ejecta provide a good fit to the data, the resulting "blue" component has $M_\mathrm{ej}^\mathrm{blue}\approx 0.01$ M$_\odot$ and $v_\mathrm{ej}^\mathrm{blue}\approx 0.3$c, and the "red" component has $M_\mathrm{ej}^\mathrm{red}\approx 0.04$ M$_\odot$ and $v_\mathrm{ej}^\mathrm{red}\approx 0.1$c. These ejecta masses are broadly consistent with the estimated $r$-process production rate required to explain the Milky Way $r$-process abundances, providing the first evidence that BNS mergers can be a dominant site of $r$-process enrichment.

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 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.

ABSTRACT We describe updates to the redMaPPer algorithm, a photometric red-sequence cluster finder specifically designed for large photometric surveys. The updated algorithm is applied to of Science Verification (SV) data from the Dark Energy Survey (DES), and to the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) DR8 photometric data set. The DES SV catalog is locally volume limited and contains 786 clusters with richness (roughly equivalent to ) and . The DR8 catalog consists of 26,311 clusters with , with a sharply increasing richness threshold as a function of redshift for . The photometric redshift performance of both catalogs is shown to be excellent, with photometric redshift uncertainties controlled at the level for , rising to ∼0.02 at in DES SV. We make use of Chandra and XMM X-ray and South Pole Telescope Sunyaev–Zeldovich data to show that the centering performance and mass–richness scatter are consistent with expectations based on prior runs of redMaPPer on SDSS data. We also show how the redMaPPer photo- z and richness estimates are relatively insensitive to imperfect star/galaxy separation and small-scale star masks.

We constrain the mass–richness scaling relation of redMaPPer galaxy clusters identified in the Dark Energy Survey Year 1 data using weak gravitational lensing. We split clusters into 4 × 3 bins of richness λ and redshift |$z$| for λ ≥ 20 and 0.2 ≤ |$z$| ≤ 0.65 and measure the mean masses of these bins using their stacked weak lensing signal. By modelling the scaling relation as 〈M200m|λ, |$z$|〉 = M0(λ/40)F((1 + |$z$|⁠)/1.35)G, we constrain the normalization of the scaling relation at the 5.0 per cent level, finding M0 = [3.081 ± 0.075(stat) ± 0.133(sys)] · 1014 M⊙ at λ = 40 and |$z$| = 0.35. The recovered richness scaling index is F = 1.356 ± 0.051 (stat) ± 0.008 (sys) and the redshift scaling index G = −0.30 ± 0.30 (stat) ± 0.06 (sys). These are the tightest measurements of the normalization and richness scaling index made to date from a weak lensing experiment. We use a semi-analytic covariance matrix to characterize the statistical errors in the recovered weak lensing profiles. Our analysis accounts for the following sources of systematic error: shear and photometric redshift errors, cluster miscentring, cluster member dilution of the source sample, systematic uncertainties in the modelling of the halo–mass correlation function, halo triaxiality, and projection effects. We discuss prospects for reducing our systematic error budget, which dominates the uncertainty on M0. Our result is in excellent agreement with, but has significantly smaller uncertainties than, previous measurements in the literature, and augurs well for the power of the DES cluster survey as a tool for precision cosmology and upcoming galaxy surveys such as LSST, Euclid, and WFIRST.

We present an improved measurement of the Hubble constant (H_0) using the 'inverse distance ladder' method, which adds the information from 207 Type Ia supernovae (SNe Ia) from the Dark Energy Survey (DES) at redshift 0.018 < z < 0.85 to existing distance measurements of 122 low redshift (z < 0.07) SNe Ia (Low-z) and measurements of Baryon Acoustic Oscillations (BAOs). Whereas traditional measurements of H_0 with SNe Ia use a distance ladder of parallax and Cepheid variable stars, the inverse distance ladder relies on absolute distance measurements from the BAOs to calibrate the intrinsic magnitude of the SNe Ia. We find H_0 = 67.8 +/- 1.3 km s-1 Mpc-1 (statistical and systematic uncertainties, 68% confidence). Our measurement makes minimal assumptions about the underlying cosmological model, and our analysis was blinded to reduce confirmation bias. We examine possible systematic uncertainties and all are below the statistical uncertainties. Our H_0 value is consistent with estimates derived from the Cosmic Microwave Background assuming a LCDM universe (Planck Collaboration et al. 2018).

We present constraints on extensions of the minimal cosmological models dominated by dark matter and dark energy, $\Lambda$CDM and $w$CDM, by using a combined analysis of galaxy clustering and weak gravitational lensing from the first-year data of the Dark Energy Survey (DES Y1) in combination with external data. We consider four extensions of the minimal dark energy-dominated scenarios: 1) nonzero curvature $\Omega_k$, 2) number of relativistic species $N_{\rm eff}$ different from the standard value of 3.046, 3) time-varying equation-of-state of dark energy described by the parameters $w_0$ and $w_a$ (alternatively quoted by the values at the pivot redshift, $w_p$, and $w_a$), and 4) modified gravity described by the parameters $\mu_0$ and $\Sigma_0$ that modify the metric potentials. We also consider external information from Planck CMB measurements; BAO measurements from SDSS, 6dF, and BOSS; RSD measurements from BOSS; and SNIa information from the Pantheon compilation. Constraints on curvature and the number of relativistic species are dominated by the external data; when these are combined with DES Y1, we find $\Omega_k=0.0020^{+0.0037}_{-0.0032}$ at the 68% confidence level, and $N_{\rm eff}<3.28\, (3.55)$ at 68% (95%) confidence. For the time-varying equation-of-state, we find the pivot value $(w_p, w_a)=(-0.91^{+0.19}_{-0.23}, -0.57^{+0.93}_{-1.11})$ at pivot redshift $z_p=0.27$ from DES alone, and $(w_p, w_a)=(-1.01^{+0.04}_{-0.04}, -0.28^{+0.37}_{-0.48})$ at $z_p=0.20$ from DES Y1 combined with external data; in either case we find no evidence for the temporal variation of the equation of state. For modified gravity, we find the present-day value of the relevant parameters to be $\Sigma_0= 0.43^{+0.28}_{-0.29}$ from DES Y1 alone, and $(\Sigma_0, \mu_0)=(0.06^{+0.08}_{-0.07}, -0.11^{+0.42}_{-0.46})$ from DES Y1 combined with external data, consistent with predictions from GR.