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

This work, together with its companion paper, Secco and Samuroff et al. (2021), presents the Dark Energy Survey Year 3 cosmic shear measurements and cosmological constraints based on an analysis of over 100 million source galaxies. With the data spanning 4143 deg$^2$ on the sky, divided into four redshift bins, we produce the highest significance measurement of cosmic shear to date, with a signal-to-noise of 40. We conduct a blind analysis in the context of the $\Lambda$CDM model and find a 3% constraint of the clustering amplitude, $S_8\equiv \sigma_8 (\Omega_{\rm m}/0.3)^{0.5} = 0.759^{+0.025}_{-0.023}$. A $\Lambda$CDM-Optimized analysis, which safely includes smaller scale information, yields a 2% precision measurement of $S_8= 0.772^{+0.018}_{-0.017}$ that is consistent with the fiducial case. The two low-redshift measurements are statistically consistent with the Planck Cosmic Microwave Background result, however, both recovered $S_8$ values are lower than the high-redshift prediction by $2.3\sigma$ and $2.1\sigma$ ($p$-values of 0.02 and 0.05), respectively. The measurements are shown to be internally consistent across redshift bins, angular scales and correlation functions. The analysis is demonstrated to be robust to calibration systematics, with the $S_8$ posterior consistent when varying the choice of redshift calibration sample, the modeling of redshift uncertainty and methodology. Similarly, we find that the corrections included to account for the blending of galaxies shifts our best-fit $S_8$ by $0.5\sigma$ without incurring a substantial increase in uncertainty. We examine the limiting factors for the precision of the cosmological constraints and find observational systematics to be subdominant to the modeling of astrophysics. Specifically, we identify the uncertainties in modeling baryonic effects and intrinsic alignments as the limiting systematics.

This work and its companion paper, Amon et al. (2021), present cosmic shear measurements and cosmological constraints from over 100 million source galaxies in the Dark Energy Survey (DES) Year 3 data. We constrain the lensing amplitude parameter $S_8\equiv\sigma_8\sqrt{\Omega_\textrm{m}/0.3}$ at the 3% level in $\Lambda$CDM: $S_8=0.759^{+0.025}_{-0.023}$ (68% CL). Our constraint is at the 2% level when using angular scale cuts that are optimized for the $\Lambda$CDM analysis: $S_8=0.772^{+0.018}_{-0.017}$ (68% CL). With cosmic shear alone, we find no statistically significant constraint on the dark energy equation-of-state parameter at our present statistical power. We carry out our analysis blind, and compare our measurement with constraints from two other contemporary weak-lensing experiments: the Kilo-Degree Survey (KiDS) and Hyper-Suprime Camera Subaru Strategic Program (HSC). We additionally quantify the agreement between our data and external constraints from the Cosmic Microwave Background (CMB). Our DES Y3 result under the assumption of $\Lambda$CDM is found to be in statistical agreement with Planck 2018, although favors a lower $S_8$ than the CMB-inferred value by $2.3\sigma$ (a $p$-value of 0.02). This paper explores the robustness of these cosmic shear results to modeling of intrinsic alignments, the matter power spectrum and baryonic physics. We additionally explore the statistical preference of our data for intrinsic alignment models of different complexity. The fiducial cosmic shear model is tested using synthetic data, and we report no biases greater than 0.3$\sigma$ in the plane of $S_8\times\Omega_\textrm{m}$ caused by uncertainties in the theoretical models.

ABSTRACT We present simulation-based cosmological wcold dark matter (wCDM) inference using dark energy survey year 3 weak-lensing maps, via neural data compression of weak-lensing map summary statistics: power spectra, peak counts, and direct map-level compression/inference with convolutional neural networks (CNN). Using simulation-based inference, also known as likelihood-free or implicit inference, we use forward-modelled mock data to estimate posterior probability distributions of unknown parameters. This approach allows all statistical assumptions and uncertainties to be propagated through the forward-modelled mock data; these include sky masks, non-Gaussian shape noise, shape measurement bias, source galaxy clustering, photometric redshift uncertainty, intrinsic galaxy alignments, non-Gaussian density fields, neutrinos, and non-linear summary statistics. We include a series of tests to validate our inference results. This paper also describes the Gower Street simulation suite: 791 full-sky pkdgrav3 dark matter simulations, with cosmological model parameters sampled with a mixed active-learning strategy, from which we construct over 3000 mock dark energy survey lensing data sets. For wCDM inference, for which we allow $-1< w< -\frac{1}{3}$, our most constraining result uses power spectra combined with map-level (CNN) inference. Using gravitational lensing data only, this map-level combination gives $\Omega _{\rm m}= 0.283^{+0.020}_{-0.027}$, ${S_8 = 0.804^{+0.025}_{-0.017}}$, and $w < -0.80$ (with a 68 per cent credible interval); compared to the power spectrum inference, this is more than a factor of two improvement in dark energy parameter ($\Omega _{\rm DE}, w$) precision.

Spatial variations in survey properties due to selection effects generate substantial systematic errors in large-scale structure measurements in optical galaxy surveys on very large scales. On such scales, the statistical sensitivity of optical surveys is also limited by their finite sky coverage. By contrast, gravitational wave (GW) sources appear to be relatively free of these issues, provided the angular sensitivity of GW experiments can be accurately characterized. We quantify the expected cosmological information gain from combining the forecast LSST 3x2pt analysis (combination of three 2-point correlations of galaxy density and weak lensing shear fields) with the large-scale auto-correlation of GW sources from proposed next-generation GW experiments. We find that in Λ CDM and w CDM models, there is no significant improvement in cosmological constraints from combining GW with LSST 3x2pt over LSST alone, due to the large shot noise for the former; however, this combination does enable a ∼6% constraint on the linear galaxy bias of GW sources. More interestingly, the optical-GW data combination provides tight constraints on models with primordial non-Gaussianity (PNG), due to the predicted scale-dependent bias in PNG models on large scales. Assuming that the largest angular scales that LSST will probe are comparable to those in Stage III surveys (), the inclusion of next-generation GW measurements could improve constraints on the PNG parameter by up to a factor of ≃6.6 compared to LSST alone, yielding . These results assume the expected capability of a network of Einstein Telescope-like GW observatories, with a detection rate of 106 events/year. We investigate the sensitivity of our results to different assumptions about future GW detectors as well as different LSST analysis choices.