We present constraints on cosmological and astrophysical parameters from high-resolution microwave background maps at 148 GHz and 218 GHz made by the Atacama Cosmology Telescope (ACT) in three seasons of observations from 2008 to 2010. A model of primary cosmological and secondary foreground parameters is fit to the map power spectra and lensing deflection power spectrum, including contributions from both the thermal Sunyaev-Zeldovich (tSZ) effect and the kinematic Sunyaev-Zeldovich (kSZ) effect, Poisson and correlated anisotropy from unresolved infrared sources, radio sources, and the correlation between the tSZ effect and infrared sources. The power ℓ2Cℓ/2π of the thermal SZ power spectrum at 148 GHz is measured to be 3.4±1.4 μK2at ℓ = 3000, while the corresponding amplitude of the kinematic SZ power spectrum has a 95% confidence level upper limit of 8.6 μK2. Combining ACT power spectra with the WMAP 7-year temperature and polarization power spectra, we find excellent consistency with the LCDM model. We constrain the number of effective relativistic degrees of freedom in the early universe to be Neff = 2.79±0.56, in agreement with the canonical value of Neff = 3.046 for three massless neutrinos. We constrain the sum of the neutrino masses to be Σmν < 0.39 eV at 95% confidence when combining ACT and WMAP 7-year data with BAO and Hubble constant measurements. We constrain the amount of primordial helium to be Yp = 0.225±0.034, and measure no variation in the fine structure constant α since recombination, with α/α0 = 1.004±0.005. We also find no evidence for any running of the scalar spectral index, dns/dln k = −0.004±0.012.

We present cosmological parameters derived from the angular power spectrum of the cosmic microwave background (CMB) radiation observed at 148 GHz and 218 GHz over 296 deg2 with the Atacama Cosmology Telescope (ACT) during its 2008 season. ACT measures fluctuations at scales 500 < ℓ < 10, 000. We fit a model for the lensed CMB, Sunyaev–Zel'dovich (SZ), and foreground contribution to the 148 GHz and 218 GHz power spectra, including thermal and kinetic SZ, Poisson power from radio and infrared point sources, and clustered power from infrared point sources. At ℓ = 3000, about half the power at 148 GHz comes from primary CMB after masking bright radio sources. The power from thermal and kinetic SZ is estimated to be , where . The IR Poisson power at 148 GHz is (Cℓ = 5.5 ± 0.5 nK2), and a clustered IR component is required with , assuming an analytic model for its power spectrum shape. At 218 GHz only about 15% of the power, approximately 27 μK2, is CMB anisotropy at ℓ = 3000. The remaining 85% is attributed to IR sources (approximately 50% Poisson and 35% clustered), with spectral index α = 3.69 ± 0.14 for flux scaling as S(ν)∝να. We estimate primary cosmological parameters from the less contaminated 148 GHz spectrum, marginalizing over SZ and source power. The ΛCDM cosmological model is a good fit to the data (χ2/dof = 29/46), and ΛCDM parameters estimated from ACT+Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) are consistent with the seven-year WMAP limits, with scale invariant ns = 1 excluded at 99.7% confidence level (CL) (3σ). A model with no CMB lensing is disfavored at 2.8σ. By measuring the third to seventh acoustic peaks, and probing the Silk damping regime, the ACT data improve limits on cosmological parameters that affect the small-scale CMB power. The ACT data combined with WMAP give a 6σ detection of primordial helium, with YP = 0.313 ± 0.044, and a 4σ detection of relativistic species, assumed to be neutrinos, with Neff = 5.3 ± 1.3 (4.6 ± 0.8 with BAO+H0 data). From the CMB alone the running of the spectral index is constrained to be dns/dln k = −0.034 ± 0.018, the limit on the tensor-to-scalar ratio is r < 0.25 (95% CL), and the possible contribution of Nambu cosmic strings to the power spectrum is constrained to string tension Gμ < 1.6 × 10−7 (95% CL).

[Abridged] We present a catalog of 68 galaxy clusters, of which 19 are new discoveries, detected via the Sunyaev-Zel'dovich effect (SZ) at 148 GHz in the Atacama Cosmology Telescope (ACT) survey of 504 square degrees on the celestial equator. A subsample of 48 clusters within the 270 square degree region overlapping SDSS Stripe 82 is estimated to be 90% complete for M_500c > 4.5e14 Msun and 0.15 < z < 0.8. While matched filters are used to detect the clusters, the sample is studied further through a "Profile Based Amplitude Analysis" using a single filter at a fixed θ_500 = 5.9' angular scale. This new approach takes advantage of the "Universal Pressure Profile" (UPP) to fix the relationship between the cluster characteristic size (R_500) and the integrated Compton parameter (Y_500). The UPP scalings are found to be nearly identical to an adiabatic model, while a model incorporating non-thermal pressure better matches dynamical mass measurements and masses from the South Pole Telescope. A high signal to noise ratio subsample of 15 ACT clusters is used to obtain cosmological constraints. We first confirm that constraints from SZ data are limited by uncertainty in the scaling relation parameters rather than sample size or measurement uncertainty. We next add in seven clusters from the ACT Southern survey, including their dynamical mass measurements based on galaxy velocity dispersions. In combination with WMAP7 these data simultaneously constrain the scaling relation and cosmological parameters, yielding σ_8 = 0.829 \pm 0.024 and Ω_m = 0.292 \pm 0.025. The results include marginalization over a 15% bias in dynamical mass relative to the true halo mass. In an extension to LCDM that incorporates non-zero neutrino mass density, we combine our data with WMAP7+BAO+Hubble constant measurements to constrain Σm_ν< 0.29 eV (95% C. L.).

We present the temperature power spectra of the cosmic microwave background (CMB) derived from the three seasons of data from the Atacama Cosmology Telescope (ACT) at 148 GHz and 218 GHz, as well as the cross-frequency spectrum between the two channels. We detect and correct for contamination due to the Galactic cirrus in our equatorial maps. We present the results of a number of tests for possible systematic error and conclude that any effects are not significant compared to the statistical errors we quote. Where they overlap, we cross-correlate the ACT and the South Pole Telescope (SPT) maps and show they are consistent. The measurements of higher-order peaks in the CMB power spectrum provide an additional test of the Lambda CDM cosmological model, and help constrain extensions beyond the standard model. The small angular scale power spectrum also provides constraining power on the Sunyaev-Zel'dovich effects and extragalactic foregrounds. We also present a measurement of the CMB gravitational lensing convergence power spectrum at 4.6-sigma detection significance.

We report the first detection of the gravitational lensing of the cosmic microwave background through a measurement of the four-point correlation function in the temperature maps made by the Atacama Cosmology Telescope. We verify our detection by calculating the levels of potential contaminants and performing a number of null tests. The resulting convergence power spectrum at 2° angular scales measures the amplitude of matter density fluctuations on comoving length scales of around 100 Mpc at redshifts around 0.5 to 3. The measured amplitude of the signal agrees with Lambda cold dark matter cosmology predictions. Since the amplitude of the convergence power spectrum scales as the square of the amplitude of the density fluctuations, the 4σ detection of the lensing signal measures the amplitude of density fluctuations to 12%.

We report on 23 clusters detected blindly as Sunyaev–ZEL'DOVICH (SZ) decrements in a 148 GHz, 455 deg2 map of the southern sky made with data from the Atacama Cosmology Telescope 2008 observing season. All SZ detections announced in this work have confirmed optical counterparts. Ten of the clusters are new discoveries. One newly discovered cluster, ACT-CL J0102−4915, with a redshift of 0.75 (photometric), has an SZ decrement comparable to the most massive systems at lower redshifts. Simulations of the cluster recovery method reproduce the sample purity measured by optical follow-up. In particular, for clusters detected with a signal-to-noise ratio greater than six, simulations are consistent with optical follow-up that demonstrated this subsample is 100% pure. The simulations further imply that the total sample is 80% complete for clusters with mass in excess of 6 × 1014 solar masses referenced to the cluster volume characterized by 500 times the critical density. The Compton y–X-ray luminosity mass comparison for the 11 best-detected clusters visually agrees with both self-similar and non-adiabatic, simulation-derived scaling laws.

Using high-resolution microwave sky maps made by the Atacama Cosmology Telescope, we for the first time present strong evidence for motions of galaxy clusters and groups via microwave background temperature distortions due to the kinematic Sunyaev-Zel'dovich effect. Galaxy clusters are identified by their constituent luminous galaxies observed by the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, part of the Sloan Digital Sky Survey III. We measure the mean pairwise momentum of clusters, with a probability of the signal being due to random errors of 0.002, and the signal is consistent with the growth of cosmic structure in the standard model of cosmology.

We present the temperature and polarization angular power spectra measured by the Atacama Cosmology Telescope Polarimeter (ACTPol). We analyze night-time data collected during 2013-14 using two detector arrays at 149 GHz, from 548 deg$^2$ of sky on the celestial equator. We use these spectra, and the spectra measured with the MBAC camera on ACT from 2008-10, in combination with Planck and WMAP data to estimate cosmological parameters from the temperature, polarization, and temperature-polarization cross-correlations. We find the new ACTPol data to be consistent with the LCDM model. The ACTPol temperature-polarization cross-spectrum now provides stronger constraints on multiple parameters than the ACTPol temperature spectrum, including the baryon density, the acoustic peak angular scale, and the derived Hubble constant. Adding the new data to planck temperature data tightens the limits on damping tail parameters, for example reducing the joint uncertainty on the number of neutrino species and the primordial helium fraction by 20%.