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).

The South Pole Telescope (SPT) is a 10 m diameter, wide-field, offset Gregorian telescope with a 966 pixel, multicolor, millimeter-wave, bolometer camera. It is located at the Amundsen-Scott South Pole station in Antarctica. The design of the SPT emphasizes careful control of spillover and scattering, to minimize noise and false signals due to ground pickup. The key initial project is a large-area survey at wavelengths of 3, 2, and 1.3 mm, to detect clusters of galaxies via the Sunyaev-Zel'dovich effect and to measure the small-scale angular power spectrum of the cosmic microwave background (CMB). The data will be used to characterize the primordial matter power spectrum and to place constraints on the equation of state of dark energy. A second-generation camera will measure the polarization of the CMB, potentially leading to constraints on the neutrino mass and the energy scale of inflation.

We present a measurement of the angular power spectrum of the cosmic microwave background (CMB) using data from the South Pole Telescope (SPT). The data consist of 790 deg2 of sky observed at 150 GHz during 2008 and 2009. Here we present the power spectrum over the multipole range 650 < ℓ < 3000, where it is dominated by primary CMB anisotropy. We combine this power spectrum with the power spectra from the seven-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) data release to constrain cosmological models. We find that the SPT and WMAP data are consistent with each other and, when combined, are well fit by a spatially flat, ΛCDM cosmological model. The SPT+WMAP constraint on the spectral index of scalar fluctuations is ns = 0.9663 ± 0.0112. We detect, at ∼5σ significance, the effect of gravitational lensing on the CMB power spectrum, and find its amplitude to be consistent with the ΛCDM cosmological model. We explore a number of extensions beyond the ΛCDM model. Each extension is tested independently, although there are degeneracies between some of the extension parameters. We constrain the tensor-to-scalar ratio to be r < 0.21 (95% CL) and constrain the running of the scalar spectral index to be dns/dln k = −0.024 ± 0.013. We strongly detect the effects of primordial helium and neutrinos on the CMB; a model without helium is rejected at 7.7σ, while a model without neutrinos is rejected at 7.5σ. The primordial helium abundance is measured to be Yp = 0.296 ± 0.030, and the effective number of relativistic species is measured to be Neff = 3.85 ± 0.62. The constraints on these models are strengthened when the CMB data are combined with measurements of the Hubble constant and the baryon acoustic oscillation feature. Notable improvements include ns = 0.9668 ± 0.0093, r < 0.17 (95% CL), and Neff = 3.86 ± 0.42. The SPT+WMAP data show a mild preference for low power in the CMB damping tail, and while this preference may be accommodated by models that have a negative spectral running, a high primordial helium abundance, or a high effective number of relativistic species, such models are disfavored by the abundance of low-redshift galaxy clusters.

We report the discovery of eight new ultra-faint dwarf galaxy candidates in the second year of optical imaging data from the Dark Energy Survey (DES). Six of these candidates are detected at high confidence, while two lower-confidence candidates are identified in regions of non-uniform survey coverage. The new stellar systems are found by three independent automated search techniques and are identified as overdensities of stars, consistent with the isochrone and luminosity function of an old and metal-poor simple stellar population. The new systems are faint (Mv > -4.7 mag) and span a range of physical sizes (17 pc < $r_{1/2}$ < 181 pc) and heliocentric distances (25 kpc < D < 214 kpc). All of the new systems have central surface brightnesses consistent with known ultra-faint dwarf galaxies (\mu < 27.5 mag arcsec$^{-2}$). Roughly half of the DES candidates are more distant, less luminous, and/or have lower surface brightnesses than previously known Milky Way satellite galaxies. Most of the candidates are found in the southern part of the DES footprint close to the Magellanic Clouds. We find that the DES data alone exclude (p < 0.001) a spatially isotropic distribution of Milky Way satellites and that the observed distribution can be well, though not uniquely, described by an association between several of the DES satellites and the Magellanic system. Our model predicts that the full sky may hold ~100 ultra-faint galaxies with physical properties comparable to the DES satellites and that 20-30% of these would be spatially associated with the Magellanic Clouds.

The Dark Energy Camera is a new imager with a 2.2-degree diameter field of view mounted at the prime focus of the Victor M. Blanco 4-meter telescope on Cerro Tololo near La Serena, Chile. The camera was designed and constructed by the Dark Energy Survey Collaboration, and meets or exceeds the stringent requirements designed for the wide-field and supernova surveys for which the collaboration uses it. The camera consists of a five element optical corrector, seven filters, a shutter with a 60 cm aperture, and a CCD focal plane of 250 micron thick fully-depleted CCDs cooled inside a vacuum Dewar. The 570 Mpixel focal plane comprises 62 2kx4k CCDs for imaging and 12 2kx2k CCDs for guiding and focus. The CCDs have 15 microns x15 microns pixels with a plate scale of 0.263 arc sec per pixel. A hexapod system provides state-of-the-art focus and alignment capability. The camera is read out in 20 seconds with 6-9 electrons readout noise. This paper provides a technical description of the camera's engineering, construction, installation, and current status.

The Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS) will conduct novel cosmological observations using the BOSS spectrograph at Apache Point Observatory. Observations will be simultaneous with the Time Domain Spectroscopic Survey (TDSS) designed for variability studies and the Spectroscopic Identification of eROSITA Sources (SPIDERS) program designed for studies of X-ray sources. eBOSS will use four different tracers to measure the distance-redshift relation with baryon acoustic oscillations (BAO). Using more than 250,000 new, spectroscopically confirmed luminous red galaxies at a median redshift z=0.72, we project that eBOSS will yield measurements of $d_A(z)$ to an accuracy of 1.2% and measurements of H(z) to 2.1% when combined with the z>0.6 sample of BOSS galaxies. With ~195,000 new emission line galaxy redshifts, we expect BAO measurements of $d_A(z)$ to an accuracy of 3.1% and H(z) to 4.7% at an effective redshift of z= 0.87. A sample of more than 500,000 spectroscopically-confirmed quasars will provide the first BAO distance measurements over the redshift range 0.92.1; these new data will enhance the precision of $d_A(z)$ and H(z) by a factor of 1.44 relative to BOSS. Furthermore, eBOSS will provide improved tests of General Relativity on cosmological scales through redshift-space distortion measurements, improved tests for non-Gaussianity in the primordial density field, and new constraints on the summed mass of all neutrino species. Here, we provide an overview of the cosmological goals, spectroscopic target sample, demonstration of spectral quality from early data, and projected cosmological constraints from eBOSS.

We report the discovery of eight new Milky Way companions in of optical imaging data collected during the first year of the Dark Energy Survey (DES). Each system is identified as a statistically significant over-density of individual stars consistent with the expected isochrone and luminosity function of an old and metal-poor stellar population. The objects span a wide range of absolute magnitudes (MV from to ), physical sizes (), and heliocentric distances (). Based on the low surface brightnesses, large physical sizes, and/or large Galactocentric distances of these objects, several are likely to be new ultra-faint satellite galaxies of the Milky Way and/or Magellanic Clouds. We introduce a likelihood-based algorithm to search for and characterize stellar over-densities, as well as identify stars with high satellite membership probabilities. We also present completeness estimates for detecting ultra-faint galaxies of varying luminosities, sizes, and heliocentric distances in the first-year DES data.

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.

ABSTRACT We search for excess γ -ray emission coincident with the positions of confirmed and candidate Milky Way satellite galaxies using six years of data from the Fermi Large Area Telescope (LAT). Our sample of 45 stellar systems includes 28 kinematically confirmed dark-matter-dominated dwarf spheroidal galaxies (dSphs) and 17 recently discovered systems that have photometric characteristics consistent with the population of known dSphs. For each of these targets, the relative predicted γ -ray flux due to dark matter annihilation is taken from kinematic analysis if available, and estimated from a distance-based scaling relation otherwise, assuming that the stellar systems are DM-dominated dSphs. LAT data coincident with four of the newly discovered targets show a slight preference (each 2 σ local) for γ -ray emission in excess of the background. However, the ensemble of derived γ -ray flux upper limits for individual targets is consistent with the expectation from analyzing random blank-sky regions, and a combined analysis of the population of stellar systems yields no globally significant excess (global significance ). Our analysis has increased sensitivity compared to the analysis of 15 confirmed dSphs by Ackermann et al. The observed constraints on the DM annihilation cross section are statistically consistent with the background expectation, improving by a factor of ∼2 for large DM masses ( and ) and weakening by a factor of ∼1.5 at lower masses relative to previously observed limits.

We combine Dark Energy Survey Year 1 clustering and weak lensing data with Baryon Acoustic Oscillations (BAO) and Big Bang Nucleosynthesis (BBN) experiments to constrain the Hubble constant. Assuming a flat $\Lambda$CDM model with minimal neutrino mass ($\sum m_\nu = 0.06$ eV) we find $H_0=67.2^{+1.2}_{-1.0}$ km/s/Mpc (68% CL). This result is completely independent of Hubble constant measurements based on the distance ladder, Cosmic Microwave Background (CMB) anisotropies (both temperature and polarization), and strong lensing constraints. There are now five data sets that: a) have no shared observational systematics; and b) each constrain the Hubble constant with a few percent level precision. We compare these five independent measurements, and find that, as a set, the differences between them are significant at the $2.1\sigma$ level ($\chi^2/dof=20.1/11$, probability to exceed=4%). This difference is low enough that we consider the data sets statistically consistent with each other. The best fit Hubble constant obtained by combining all five data sets is $H_0 = 69.1^{+0.4}_{-0.6}$ km/s/Mpc.