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 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.

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.

We describe the creation, content, and validation of the Dark Energy Survey (DES) internal year-one cosmology data set, Y1A1 GOLD, in support of upcoming cosmological analyses. The Y1A1 GOLD data set is assembled from multiple epochs of DES imaging and consists of calibrated photometric zeropoints, object catalogs, and ancillary data products - e.g., maps of survey depth and observing conditions, star-galaxy classification, and photometric redshift estimates - that are necessary for accurate cosmological analyses. The Y1A1 GOLD wide-area object catalog consists of ~137 million objects detected in coadded images covering ~1800 deg$^2$ in the DES grizY filters. The 10σ limiting magnitude for galaxies is g = 23.4, r = 23.2, i = 22.5, z = 21.8, and Y = 20.1. Photometric calibration of Y1A1 GOLD was performed by combining nightly zeropoint solutions with stellar-locus regression, and the absolute calibration accuracy is better than 2% over the survey area. DES Y1A1 GOLD is the largest photometric data set at the achieved depth to date, enabling precise measurements of cosmic acceleration at z $\lesssim$ 1.

We perform a comprehensive study of Milky Way (MW) satellite galaxies to constrain the fundamental properties of dark matter (DM). This analysis fully incorporates inhomogeneities in the spatial distribution and detectability of MW satellites and marginalizes over uncertainties in the mapping between galaxies and DM halos, the properties of the MW system, and the disruption of subhalos by the MW disk. Our results are consistent with the cold, collisionless DM paradigm and yield the strongest cosmological constraints to date on particle models of warm, interacting, and fuzzy dark matter. At 95% confidence, we report limits on (i) the mass of thermal relic warm DM, mWDM>6.5 keV (free-streaming length, λfs≲10h−1 kpc), (ii) the velocity-independent DM-proton scattering cross section, σ0<8.8×10−29 cm2 for a 100 MeV DM particle mass [DM-proton coupling, cp≲(0.3 GeV)−2], and (iii) the mass of fuzzy DM, mϕ>2.9×10−21 eV (de Broglie wavelength, λdB≲0.5 kpc). These constraints are complementary to other observational and laboratory constraints on DM properties.Received 30 July 2020Revised 12 December 2020Accepted 27 January 2021DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.091101© 2021 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasDark matterParticle dark matterPhysical SystemsGalactic halosGravitation, Cosmology & Astrophysics

Abstract This paper presents the third data release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP), a wide-field multi-band imaging survey with the Subaru 8.2 m telescope. HSC-SSP has three survey layers (Wide, Deep, and UltraDeep) with different area coverages and depths, designed to address a wide array of astrophysical questions. This third release from HSC-SSP includes data from 278 nights of observing time and covers about 670 deg2 in all five broad-band filters (grizy) at the full depth (∼26 mag at 5σ depending on filter) in the Wide layer. If we include partially observed areas, the release covers 1470 deg2. The Deep and UltraDeep layers have $\sim\! 80\%$ of the originally planned integration times, and are considered done, as we have slightly changed the observing strategy in order to compensate for various time losses. There are a number of updates in the image processing pipeline. Of particular importance is the change in the sky subtraction algorithm; we subtract the sky on small scales before the detection and measurement stages, which has significantly reduced the number of false detections. Thanks to this and other updates, the overall quality of the processed data has improved since the previous release. However, there are limitations in the data (for example, the pipeline is not optimized for crowded fields), and we encourage the user to check the quality assurance plots as well as a list of known issues before exploiting the data. The data release website is 〈https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp〉.