The Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) is designed to document the first third of galactic evolution, over the approximate redshift (z) range 8--1.5. It will image >250,000 distant galaxies using three separate cameras on the Hubble Space Telescope, from the mid-ultraviolet to the near-infrared, and will find and measure Type Ia supernovae at z>1.5 to test their accuracy as standardizable candles for cosmology. Five premier multi-wavelength sky regions are selected, each with extensive ancillary data. The use of five widely separated fields mitigates cosmic variance and yields statistically robust and complete samples of galaxies down to a stellar mass of 10^9 M_\odot to z \approx 2, reaching the knee of the ultraviolet luminosity function (UVLF) of galaxies to z \approx 8. The survey covers approximately 800 arcmin^2 and is divided into two parts. The CANDELS/Deep survey (5\sigma\ point-source limit H=27.7 mag) covers \sim 125 arcmin^2 within GOODS-N and GOODS-S. The CANDELS/Wide survey includes GOODS and three additional fields (EGS, COSMOS, and UDS) and covers the full area to a 5\sigma\ point-source limit of H \gtrsim 27.0 mag. Together with the Hubble Ultra Deep Fields, the strategy creates a three-tiered "wedding cake" approach that has proven efficient for extragalactic surveys. Data from the survey are nonproprietary and are useful for a wide variety of science investigations. In this paper, we describe the basic motivations for the survey, the CANDELS team science goals and the resulting observational requirements, the field selection and geometry, and the observing design. The Hubble data processing and products are described in a companion paper.

Abstract We describe the Sloan Digital Sky Survey IV (SDSS-IV), a project encompassing three major spectroscopic programs. The Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment 2 (APOGEE-2) is observing hundreds of thousands of Milky Way stars at high resolution and high signal-to-noise ratios in the near-infrared. The Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA) survey is obtaining spatially resolved spectroscopy for thousands of nearby galaxies (median  ). The extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS) is mapping the galaxy, quasar, and neutral gas distributions between  and 3.5 to constrain cosmology using baryon acoustic oscillations, redshift space distortions, and the shape of the power spectrum. Within eBOSS, we are conducting two major subprograms: the SPectroscopic IDentification of eROSITA Sources (SPIDERS), investigating X-ray AGNs and galaxies in X-ray clusters, and the Time Domain Spectroscopic Survey (TDSS), obtaining spectra of variable sources. All programs use the 2.5 m Sloan Foundation Telescope at the Apache Point Observatory; observations there began in Summer 2014. APOGEE-2 also operates a second near-infrared spectrograph at the 2.5 m du Pont Telescope at Las Campanas Observatory, with observations beginning in early 2017. Observations at both facilities are scheduled to continue through 2020. In keeping with previous SDSS policy, SDSS-IV provides regularly scheduled public data releases; the first one, Data Release 13, was made available in 2016 July.

This paper describes the Hubble Space Telescope imaging data products and data reduction procedures for the Cosmic Assembly Near-IR Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS). This survey is designed to document the evolution of galaxies and black holes at $z\sim1.5-8$, and to study Type Ia SNe beyond $z>1.5$. Five premier multi-wavelength sky regions are selected, each with extensive multiwavelength observations. The primary CANDELS data consist of imaging obtained in the Wide Field Camera 3 / infrared channel (WFC3/IR) and UVIS channel, along with the Advanced Camera for Surveys (ACS). The CANDELS/Deep survey covers \sim125 square arcminutes within GOODS-N and GOODS-S, while the remainder consists of the CANDELS/Wide survey, achieving a total of \sim800 square arcminutes across GOODS and three additional fields (EGS, COSMOS, and UDS). We summarize the observational aspects of the survey as motivated by the scientific goals and present a detailed description of the data reduction procedures and products from the survey. Our data reduction methods utilize the most up to date calibration files and image combination procedures. We have paid special attention to correcting a range of instrumental effects, including CTE degradation for ACS, removal of electronic bias-striping present in ACS data after SM4, and persistence effects and other artifacts in WFC3/IR. For each field, we release mosaics for individual epochs and eventual mosaics containing data from all epochs combined, to facilitate photometric variability studies and the deepest possible photometry. A more detailed overview of the science goals and observational design of the survey are presented in a companion paper.

Abstract The fourth generation of the Sloan Digital Sky Survey (SDSS-IV) began observations in 2014 July. It pursues three core programs: the Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment 2 (APOGEE-2), Mapping Nearby Galaxies at APO (MaNGA), and the Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS). As well as its core program, eBOSS contains two major subprograms: the Time Domain Spectroscopic Survey (TDSS) and the SPectroscopic IDentification of ERosita Sources (SPIDERS). This paper describes the first data release from SDSS-IV, Data Release 13 (DR13). DR13 makes publicly available the first 1390 spatially resolved integral field unit observations of nearby galaxies from MaNGA. It includes new observations from eBOSS, completing the Sloan Extended QUasar, Emission-line galaxy, Luminous red galaxy Survey (SEQUELS), which also targeted variability-selected objects and X-ray-selected objects. DR13 includes new reductions of the SDSS-III BOSS data, improving the spectrophotometric calibration and redshift classification, and new reductions of the SDSS-III APOGEE-1 data, improving stellar parameters for dwarf stars and cooler stars. DR13 provides more robust and precise photometric calibrations. Value-added target catalogs relevant for eBOSS, TDSS, and SPIDERS and an updated red-clump catalog for APOGEE are also available. This paper describes the location and format of the data and provides references to important technical papers. The SDSS web site, http://www.sdss.org , provides links to the data, tutorials, examples of data access, and extensive documentation of the reduction and analysis procedures. DR13 is the first of a scheduled set that will contain new data and analyses from the planned ∼6 yr operations of SDSS-IV.

We present global structural parameter measurements of 109,533 unique, H_F160W-selected objects from the CANDELS multi-cycle treasury program. Sersic model fits for these objects are produced with GALFIT in all available near-infrared filters (H_F160W, J_F125W and, for a subset, Y_F105W). The parameters of the best-fitting Sersic models (total magnitude, half-light radius, Sersic index, axis ratio, and position angle) are made public, along with newly constructed point spread functions for each field and filter. Random uncertainties in the measured parameters are estimated for each individual object based on a comparison between multiple, independent measurements of the same set of objects. To quantify systematic uncertainties we create a mosaic with simulated galaxy images with a realistic distribution of input parameters and then process and analyze the mosaic in an identical manner as the real data. We find that accurate and precise measurements -- to 10% or better -- of all structural parameters can typically be obtained for galaxies with H_F160W < 23, with comparable fidelity for basic size and shape measurements for galaxies to H_F160W ~ 24.5.

We combine high-resolution Hubble Space Telescope/WFC3 images with multi-wavelength photometry to track the evolution of structure and activity of massive (M⋆ > 1010 M☉) galaxies at redshifts z = 1.4–3 in two fields of the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey. We detect compact, star-forming galaxies (cSFGs) whose number densities, masses, sizes, and star formation rates (SFRs) qualify them as likely progenitors of compact, quiescent, massive galaxies (cQGs) at z = 1.5–3. At z ≳ 2, cSFGs present SFR = 100–200 M☉ yr−1, yet their specific star formation rates (sSFR ∼ 10−9 yr−1) are typically half that of other massive SFGs at the same epoch, and host X-ray luminous active galactic nuclei (AGNs) 30 times (∼30%) more frequently. These properties suggest that cSFGs are formed by gas-rich processes (mergers or disk-instabilities) that induce a compact starburst and feed an AGN, which, in turn, quench the star formation on dynamical timescales (few 108 yr). The cSFGs are continuously being formed at z = 2–3 and fade to cQGs down to z ∼ 1.5. After this epoch, cSFGs are rare, thereby truncating the formation of new cQGs. Meanwhile, down to z = 1, existing cQGs continue to enlarge to match local QGs in size, while less-gas-rich mergers and other secular mechanisms shepherd (larger) SFGs as later arrivals to the red sequence. In summary, we propose two evolutionary tracks of QG formation: an early (z ≳ 2), formation path of rapidly quenched cSFGs fading into cQGs that later enlarge within the quiescent phase, and a late-arrival (z ≲ 2) path in which larger SFGs form extended QGs without passing through a compact state.

We use HST/WFC3 imaging from the CANDELS Multicycle Treasury Survey, in conjunction with the Sloan Digital Sky Survey, to explore the evolution of galactic structure for galaxies with stellar masses >3e10M_sun from z=2.2 to the present epoch, a time span of 10Gyr. We explore the relationship between rest-frame optical color, stellar mass, star formation activity and galaxy structure. We confirm the dramatic increase from z=2.2 to the present day in the number density of non-star-forming galaxies above 3e10M_sun reported by others. We further find that the vast majority of these quiescent systems have concentrated light profiles, as parametrized by the Sersic index, and the population of concentrated galaxies grows similarly rapidly. We examine the joint distribution of star formation activity, Sersic index, stellar mass, inferred velocity dispersion, and stellar surface density. Quiescence correlates poorly with stellar mass at all z<2.2. Quiescence correlates well with Sersic index at all redshifts. Quiescence correlates well with `velocity dispersion' and stellar surface density at z>1.3, and somewhat less well at lower redshifts. Yet, there is significant scatter between quiescence and galaxy structure: while the vast majority of quiescent galaxies have prominent bulges, many of them have significant disks, and a number of bulge-dominated galaxies have significant star formation. Noting the rarity of quiescent galaxies without prominent bulges, we argue that a prominent bulge (and perhaps, by association, a supermassive black hole) is an important condition for quenching star formation on galactic scales over the last 10Gyr, in qualitative agreement with the AGN feedback paradigm.

Diffuse ionized gas (DIG) is prevalent in star-forming galaxies. Using a sample of 365 nearly face-on star-forming galaxies observed by Mapping Nearby Galaxies at APO, we demonstrate how DIG in star-forming galaxies impacts the measurements of emission-line ratios, hence the interpretation of diagnostic diagrams and gas-phase metallicity measurements. At fixed metallicity, DIG-dominated low ΣHα regions display enhanced [S ii]/Hα, [N ii]/Hα, [O ii]/Hβ and [O i]/Hα. The gradients in these line ratios are determined by metallicity gradients and ΣHα. In line ratio diagnostic diagrams, contamination by DIG moves H ii regions towards composite or low-ionization nuclear emission-line region (LI(N)ER)-like regions. A harder ionizing spectrum is needed to explain DIG line ratios. Leaky H ii region models can only shift line ratios slightly relative to H ii region models, and thus fail to explain the composite/LI(N)ER line ratios displayed by DIG. Our result favours ionization by evolved stars as a major ionization source for DIG with LI(N)ER-like emission. DIG can significantly bias the measurement of gas metallicity and metallicity gradients derived using strong-line methods. Metallicities derived using N2O2 are optimal because they exhibit the smallest bias and error. Using O3N2, R23, N2 = [N ii]/Hα and N2S2Hα to derive metallicities introduces bias in the derived metallicity gradients as large as the gradient itself. The strong-line method of Blanc et al. (IZI hereafter) cannot be applied to DIG to get an accurate metallicity because it currently contains only H ii region models that fail to describe the DIG.