We investigate the mass profile of cold dark matter (ΛCDM) haloes using a suite of numerical simulations spanning five decades in halo mass, from dwarf galaxies to rich galaxy clusters. These haloes typically have a few million particles within the virial radius (r200), allowing robust mass profile estimates down to radii <1 per cent of r200. Our analysis confirms the proposal of Navarro, Frenk & White (NFW) that the shape of the ΛCDM halo mass profiles differs strongly from a power law and depends little on mass. The logarithmic slope of the spherically averaged density profile, as measured by β=−d ln ρ/d ln r, decreases monotonically towards the centre and becomes shallower than isothermal (β < 2) inside a characteristic radius, r−2. The fitting formula proposed by NFW provides a reasonably good approximation to the density and circular velocity profiles of individual haloes; circular velocities typically deviate from NFW best fits by <10 per cent over the radial range that is numerically well resolved. Alternatively, systematic deviations from the NFW best fits are also noticeable. Inside r−2, the profile of simulated haloes becomes shallower with radius more gradually than predicted and, as a result, NFW fits tend to underestimate the dark matter density in these regions. This discrepancy has been interpreted as indicating a steeply divergent cusp with asymptotic inner slope, β0≡β(r = 0) ∼ 1.5. Our results suggest a different interpretation. We use the density and enclosed mass at our innermost resolved radii to place strong constraints on β0: density cusps as steep as r−1.5 are inconsistent with most of our simulations, although β0= 1 is still consistent with our data. Our density profiles show no sign of converging to a well-defined asymptotic inner power law. We propose a simple formula that reproduces the radial dependence of the slope better than the NFW profile, and so may minimize errors when extrapolating our results inward to radii not yet reliably probed by numerical simulations.

For almost two decades the properties of "dwarf" galaxies have challenged the Cold Dark Matter (CDM) paradigm of galaxy formation. Most observed dwarf galaxies consists of a rotating stellar disc embedded in a massive DM halo with a near constant-density core. Yet, models based on the CDM scenario invariably form galaxies with dense spheroidal stellar "bulges" and steep central DM profiles, as low angular momentum baryons and DM sink to the center of galaxies through accretion and repeated mergers. Processes that decrease the central density of CDM halos have been identified, but have not yet reconciled theory with observations of present day dwarfs. This failure is potentially catastrophic for the CDM model, possibly requiring a different DM particle candidate. This Letter presents new hydrodynamical simulations in a Lambda$CDM framework where analogues of dwarf galaxies, bulgeless and with a shallow central DM profile, are formed. This is achieved by resolving the inhomogeneous interstellar medium, resulting in strong outflows from supernovae explosions which remove low angular momentum gas. This inhibits the formation of bulges and decreases the dark-matter density to less than half within the central kiloparsec. Realistic dwarf galaxies are thus shown to be a natural outcome of galaxy formation in the CDM scenario.

We examine the effects of mass resolution and force softening on the density profiles of cold dark matter halos that form within cosmological N-body simulations. As we increase the mass and force resolution, we resolve progenitor halos that collapse at higher redshifts and have very high densities. At our highest resolution we have nearly 3×106 particles within the virial radius, which is several orders of magnitude more than previously used, and we can resolve more than 1000 surviving dark matter halos within this single virialized system. The halo profiles become steeper in the central regions, and we may not have achieved convergence to a unique slope within the inner 10% of the virialized region. Results from two very high resolution halo simulations yield steep inner density profiles, ρ(r)~r−1.4. The abundance and properties of arcs formed within this potential will be different from calculations based on lower resolution simulations. The kinematics of disks within such a steep potential may prove problematic for the cold dark matter model when compared with the observed properties of halos on galactic scales.

NASA's Solar Probe Plus (SPP) mission will make the first in situ measurements of the solar corona and the birthplace of the solar wind. The FIELDS instrument suite on SPP will make direct measurements of electric and magnetic fields, the properties of in situ plasma waves, electron density and temperature profiles, and interplanetary radio emissions, amongst other things. Here, we describe the scientific objectives targeted by the SPP/FIELDS instrument, the instrument design itself, and the instrument concept of operations and planned data products.

In the course of its commissioning observations, the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) has produced one of the largest redshift samples of galaxies selected from CCD images. Using 11,275 galaxies complete to r* = 17.6 over 140 deg2, we compute the luminosity function of galaxies in the r* band over a range -23 < M < -16 (for h = 1). The result is well-described by a Schechter function with parameters ϕ* = (1.46 ± 0.12) × 10-2 h3 Mpc-3, M* = -20.83 ± 0.03, and α = -1.20 ± 0.03. The implied luminosity density in r* is j ≈ (2.6 ± 0.3) × 108h L⊙ Mpc-3. We find that the surface brightness selection threshold has a negligible impact for M < -18. Using subsets of the data, we measure the luminosity function in the u*, g*, i*, and z* bands as well; the slope at low luminosities ranges from α = -1.35 to α = -1.2. We measure the bivariate distribution of r* luminosity with half-light surface brightness, intrinsic g*-r* color, and morphology. In agreement with previous studies, we find that high surface brightness, red, highly concentrated galaxies are on average more luminous than low surface brightness, blue, less concentrated galaxies. An important feature of the SDSS luminosity function is the use of Petrosian magnitudes, which measure a constant fraction of a galaxy's total light regardless of the amplitude of its surface brightness profile. If we synthesize results for RGKC band or bj band using these Petrosian magnitudes, we obtain luminosity densities 2 times that found by the Las Campanas Redshift Survey in RGKC and 1.4 times that found by the Two Degree Field Galaxy Redshift Survey in bj. However, we are able to reproduce the luminosity functions obtained by these surveys if we also mimic their isophotal limits for defining galaxy magnitudes, which are shallower and more redshift dependent than the Petrosian magnitudes used by the SDSS.

The ACS Nearby Galaxy Survey Treasury (ANGST) is a systematic survey to establish a legacy of uniform multi-color photometry of resolved stars for a volume-limited sample of nearby galaxies (D < 4 Mpc).The survey volume encompasses 69 galaxies in diverse environments, including close pairs, small & large groups, filaments, and truly isolated regions.The galaxies include a nearly complete range of morphological types spanning a factor of ∼ 10 4 in luminosity and star formation rate.The survey data consists of images taken with the Advanced Camera for Surveys (ACS) on the Hubble Space Telescope (HST), supplemented with archival data and new Wide Field Planetary Camera (WFPC2) imaging taken after the failure of ACS.Survey images include wide field tilings covering the full radial extent of each galaxy, and single deep pointings in uncrowded regions of the most massive galaxies in the volume.The new wide field imaging in ANGST reaches median 50% completenesses of m F 475W = 28.0 mag, m F 606W = 27.3 mag, and m F 814W = 27.3 mag, several magnitudes below the tip of the red giant branch (TRGB).The deep fields reach magnitudes sufficient to fully resolve the structure in the red clump (RC).The resulting photometric catalogs are publicly accessible and contain over 34 million photometric measurements of >14 million stars.In this paper we present the details of the sample selection, imaging, data reduction, and the resulting photometric catalogs, along with an analysis of the photometric uncertainties (systematic and random), for both the ACS and WFPC2 imaging.We also present uniformly derived relative distances measured from the apparent magnitude of the TRGB.

Using effective temperature and metallicity derived from SDSS spectra for ~60,000 F- and G-type main-sequence stars (0.2 < g − r < 0.6), we develop polynomial models for estimating these parameters from the SDSS u − g and g − r colors. These photometric estimates have similar error properties as those determined from SDSS spectra. We apply this method to SDSS photometric data for over 2 million F/G stars and measure the unbiased metallicity distribution for a complete volume-limited sample of stars at distances between 500 pc and 8 kpc. The metallicity distribution can be exquisitely modeled using two components with a spatially varying number ratio, which correspond to disk and halo. The two components also possess the kinematics expected for disk and halo stars. The metallicity of the halo component is spatially invariant, while the median disk metallicity smoothly decreases with distance from the Galactic plane from –0.6 at 500 pc to –0.8 beyond several kiloparsecs. The absence of a correlation between metallicity and kinematics for disk stars is in a conflict with the traditional decomposition in terms of thin and thick disks. We detect coherent substructures in the kinematics-metallicity space, such as the Monoceros stream, which rotates faster than the LSR, and has a median metallicity of [Fe/H] = −0.95, with an rms scatter of only ~0.15 dex. We extrapolate our results to the performance expected from the Large Synoptic Survey Telescope (LSST) and estimate that LSST will obtain metallicity measurements accurate to 0.2 dex or better, with proper-motion measurements accurate to ~0.5 mas yr−1, for about 200 million F/G dwarf stars within a distance limit of ~100 kpc (g < 23.5).

We examine the properties of dark matter haloes within a rich galaxy cluster using a high-resolution simulation that captures the cosmological context of a cold dark matter universe. The mass and force resolution permit the resolution of 150 haloes with circular velocities larger than 80 km s−1 within the cluster virial radius of 2 Mpc (with Hubble constant H0 = 50 km s−1 Mpc−1). This enables an unprecedented study of the statistical properties of a large sample of dark matter haloes evolving in a dense environment. The cumulative fraction of mass attached to these haloes varies from close to zero per cent at 200 kpc to 13 per cent at the virial radius. Even at this resolution the overmerging problem persists; haloes that pass within 100–200 kpc of the cluster centre are tidally disrupted. Additional substructure is lost at earlier epochs within the massive progenitor haloes. The median ratio of apocentric to pericentric radii is 6:1, so that the orbital distribution is close to isotropic, circular orbits are rare and radial orbits are common. The orbits of haloes are unbiased with respect to both position within the cluster and the orbits of the smooth dark matter background, and no velocity bias is detected. The tidal radii of surviving haloes are generally well-fitted using the simple analytic prediction applied to their orbital pericentres. Haloes within clusters have higher concentrations than those in the field. Within the cluster, halo density profiles can be modified by tidal forces and individual encounters with other haloes that cause significant mass loss —'galaxy harassment'. Mergers between haloes do not occur inside the cluster virial radius.

The authors present the results of numerical simulations of the origin and evolution of the solar system comet cloud. They assume that comets formed in the outer planetary region and that their orbits evolved to their current state through planetary perturbations, stellar encounters, and the galactic tide. The evolution is followed using a hybrid integration scheme which directly integrates the regularized equations of motion for cometary orbits with large semimajor axes, while solving an energy-diffusion equation for more tightly bound orbits. Stellar encounters are introduced via a Monte Carlo approach using the impulse approximation. The results of the simulations are discussed in detail.