Abstract Hyper Suprime-Cam (HSC) is a wide-field imaging camera on the prime focus of the 8.2-m Subaru telescope on the summit of Mauna Kea in Hawaii. A team of scientists from Japan, Taiwan, and Princeton University is using HSC to carry out a 300-night multi-band imaging survey of the high-latitude sky. The survey includes three layers: the Wide layer will cover 1400 deg2 in five broad bands (grizy), with a 5 σ point-source depth of r ≈ 26. The Deep layer covers a total of 26 deg2 in four fields, going roughly a magnitude fainter, while the UltraDeep layer goes almost a magnitude fainter still in two pointings of HSC (a total of 3.5 deg2). Here we describe the instrument, the science goals of the survey, and the survey strategy and data processing. This paper serves as an introduction to a special issue of the Publications of the Astronomical Society of Japan, which includes a large number of technical and scientific papers describing results from the early phases of this survey.

Abstract This paper presents the second data release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program, a wide-field optical imaging survey using the 8.2 m Subaru Telescope. The release includes data from 174 nights of observation through 2018 January. The Wide layer data cover about 300 deg$^2$ in all five broad-band filters ($grizy$) to the nominal survey exposure (10 min in $gr$ and 20 min in $izy$). Partially observed areas are also included in the release; about 1100 deg$^2$ is observed in at least one filter and one exposure. The median seeing in the i-band is ${0_{.}^{\prime \prime }6}$, demonstrating the superb image quality of the survey. The Deep (26 deg$^2$) and UltraDeep (4 deg$^2$) data are jointly processed and the UltraDeep-COSMOS field reaches an unprecedented depth of $i\sim 28$ at $5 \, \sigma$ for point sources. In addition to the broad-band data, narrow-band data are also available in the Deep and UltraDeep fields. This release includes a major update to the processing pipeline, including improved sky subtraction, PSF modeling, object detection, and artifact rejection. The overall data quality has been improved, but this release is not without problems; there is a persistent deblender problem as well as new issues with masks around bright stars. The user is encouraged to review the issue list before utilizing the data for scientific explorations. All the image products as well as catalog products are available for download. The catalogs are also loaded into a database, which provides an easy interface for users to retrieve data for objects of interest. In addition to these main data products, detailed galaxy shape measurements withheld from Public Data Release 1 (PDR1) are now available to the community. The shape catalog is drawn from the S16A internal release, which has a larger area than PDR1 (160 deg$^2$). All products are available at the data release site, https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp/.

We present the redshift evolution of the galaxy effective radius re obtained from the Hubble Space Telescope (HST) samples of ∼190,000 galaxies at z = 0–10. Our HST samples consist of 176,152 photo-z galaxies at z = 0–6 from the 3D-HST+CANDELS catalog and 10,454 Lyman break galaxies (LBGs) at z = 4–10 identified in the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), HUDF 09/12, and HFF parallel fields, providing the largest data set to date for galaxy size evolution studies. We derive re with the same technique over the wide redshift range of z = 0–10, evaluating the optical-to-UV morphological K correction and the selection bias of photo-z galaxies+LBGs as well as the cosmological surface-brightness dimming effect. We find that re values at a given luminosity significantly decrease toward high z, regardless of statistics choices (e.g., for median). For star-forming galaxies, there is no evolution of the power-law slope of the size–luminosity relation and the median Sérsic index (). Moreover, the re distribution is well represented by log-normal functions whose standard deviation does not show significant evolution within the range of . We calculate the stellar-to-halo size ratio from our re measurements and the dark-matter halo masses estimated from the abundance-matching study, and we obtain a nearly constant value of at z = 0–8. The combination of the re-distribution shape+standard deviation, the constant , and suggests a picture in which typical high-z star-forming galaxies have disk-like stellar components in a sense of dynamics and morphology over cosmic time of . If high-z star-forming galaxies are truly dominated by disks, the value and the disk-formation model indicate that the specific angular momentum of the disk normalized by the host halo is . These are statistical results for major stellar components of galaxies, and the detailed study of clumpy subcomponents is presented in the paper II.

The Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP) is a three-layered imaging survey aimed at addressing some of the most outstanding questions in astronomy today, including the nature of dark matter and dark energy. The survey has been awarded 300 nights of observing time at the Subaru Telescope and it started in March 2014. This paper presents the first public data release of HSC-SSP. This release includes data taken in the first 1.7 years of observations (61.5 nights) and each of the Wide, Deep, and UltraDeep layers covers about 108, 26, and 4 square degrees down to depths of i~26.4, ~26.5, and ~27.0 mag, respectively (5sigma for point sources). All the layers are observed in five broad bands (grizy), and the Deep and UltraDeep layers are observed in narrow bands as well. We achieve an impressive image quality of 0.6 arcsec in the i-band in the Wide layer. We show that we achieve 1-2 per cent PSF photometry (rms) both internally and externally (against Pan-STARRS1), and ~10 mas and 40 mas internal and external astrometric accuracy, respectively. Both the calibrated images and catalogs are made available to the community through dedicated user interfaces and database servers. In addition to the pipeline products, we also provide value-added products such as photometric redshifts and a collection of public spectroscopic redshifts. Detailed descriptions of all the data can be found online. The data release website is https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp/.

We carried out extended spectroscopic confirmations of Ly-alpha emitters (LAEs) at z=6.5 and 5.7 in the Subaru Deep Field. Now, the total number of spectroscopically confirmed LAEs is 45 and 54 at z=6.5 and 5.7, respectively, and at least 81% (70%) of our photometric candidates at z=6.5 (5.7) have been spectroscopically identified as real LAEs. We made careful measurements of the Ly-alpha luminosity, both photometrically and spectroscopically, to accurately determine the Ly-alpha and rest-UV luminosity functions (LFs). The substantially improved evaluation of the Ly-alpha LF at z=6.5 shows an apparent deficit from z=5.7 at least at the bright end, and a possible decline even at the faint end, though small uncertainties remain. The rest-UV LFs at z=6.5 and 5.7 are in good agreement, at least at the bright end, in clear contrast to the differences seen in the Ly-alpha LF. These results imply an increase in the neutral fraction of the intergalactic medium from z=5.7 to 6.5. The rest-frame equivalent width (EW_0) distribution at z=6.5 seems to be systematically smaller than z=5.7, and it shows an extended tail toward larger EW_0. The bright end of the rest-UV LF can be reproduced from the observed Ly-alpha LF and a reasonable EW_0-UV luminosity relation. Integrating this rest-UV LF provides the first measurement of the contribution of LAEs to the photon budget required for reionization. The derived UV LF suggests that the fractional contribution of LAEs to the photon budget among Lyman break galaxies significantly increases towards faint magnitudes. Low-luminosity LAEs could dominate the ionizing photon budget, though this inference depends strongly on the uncertain faint-end slope of the Ly-alpha LF.

The physical properties and elemental abundances of the interstellar medium in galaxies during cosmic reionization are important for understanding the role of galaxies in this process. We report the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array detection of an oxygen emission line at a wavelength of 88 micrometers from a galaxy at an epoch about 700 million years after the Big Bang. The oxygen abundance of this galaxy is estimated at about one-tenth that of the Sun. The nondetection of far-infrared continuum emission indicates a deficiency of interstellar dust in the galaxy. A carbon emission line at a wavelength of 158 micrometers is also not detected, implying an unusually small amount of neutral gas. These properties might allow ionizing photons to escape into the intergalactic medium.

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〉.

Abstract We super-resolve the seeing-limited Subaru Hyper Suprime-Cam (HSC) images for 32187 galaxies at $z\sim 2$–5 using three techniques, namely, the classical Richardson–Lucy (RL) point spread function (PSF) deconvolution, sparse modeling, and generative adversarial networks, to investigate the environmental dependence of galaxy mergers. These three techniques generate overall similar high spatial resolution images but with some slight differences in galaxy structures; for example, more residual noises are seen in the classical RL PSF deconvolution. To alleviate the disadvantages of each technique, we create combined images by averaging over the three types of super-resolution images, resulting in galaxy substructures resembling those seen in the Hubble Space Telescope images. Using the combined super-resolution images, we measure the relative galaxy major merger fraction corrected for the chance projection effect, $f_{\rm merger}^{\rm rel,col}$, for galaxies in the $\sim$300 deg$^2$ area data of the HSC Strategic Survey Program and the CFHT Large Area U-band Survey. Our $f_{\rm merger}^{\rm rel,col}$ measurements at $z\sim 3$ validate previous findings showing that $f_{\rm merger}^{\rm rel,col}$ is higher in regions with a higher galaxy overdensity $\delta$ at $z\sim 2$–3. Thanks to the large galaxy sample, we identify a nearly linear increase in $f_{\rm merger}^{\rm rel,col}$ with increasing $\delta$ at $z\sim 4$–5, providing the highest-z observational evidence that galaxy mergers are related to $\delta$. In addition to our $f_{\rm merger}^{\rm rel,col}$ measurements, we find that the galaxy merger fractions in the literature also broadly align with the linear $f_{\rm merger}^{\rm rel,col}$–$\delta$ relation across a wide redshift range of $z\sim 2$–5. This alignment suggests that the linear $f_{\rm merger}^{\rm rel,col}$–$\delta$ relation can serve as a valuable tool for quantitatively estimating the contributions of galaxy mergers to various environmental dependences. This super-resolution analysis can be readily applied to datasets from wide field-of-view space telescopes such as Euclid and Roman.

Ultraviolet (UV) spectroscopy is one of the most powerful tools used in a wide range of scientific fields from planetary science to astronomy. We propose a future UV space telescope, LAPYUTA (Life-environmentology, Astronomy, and PlanetarY Ultraviolet Telescope Assembly), selected as a candidate for JAXA's 6th M-class mission in 2023. Launch is planned for the early 2030s. LAPYUTA will accomplish the following four objectives related to two scientific goals: understanding (1) the habitable environment and (2) the origin of structure and matter in the universe. Objective 1 focuses on the subsurface ocean environments of Jupiter's icy moons and the atmospheric evolution of terrestrial planets. Objective 2 characterizes the atmosphere of the exoplanets around the habitable zone and estimates their surface environment by detecting their exospheric atmosphere. In cosmology and astronomy, Objective 3 tests whether the structures of presentday galaxies contain ubiquitous Ly-α halos and reveals the physical origins of Ly-α halos. Objective 4 elucidates the synthesis process of heavy elements based on observations of ultraviolet radiation from hot gas immediately after neutronstar mergers. LAPYUTA will perform spectroscopic and imaging observations in the far-UV range of 110-190 nm with an effective area of >300 cm2 and a high spatial resolution of 0.1 arcsec. The apogee is 2,000 km, and the perigee is 1,000 km to avoid the influence of the geocorona when observing oxygen and hydrogen atoms and the Earth's radiation belt.