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.

Las Cumbres Observatory Global Telescope (LCOGT) is a young organization dedicated to time-domain observations at optical and (potentially) near-IR wavelengths. To this end, LCOGT is constructing a world-wide network of telescopes, including the two 2m Faulkes telescopes, as many as 17 x 1m telescopes, and as many as 23 x 40cm telescopes. These telescopes initially will be outfitted for imaging and (excepting the 40cm telescopes) spectroscopy at wavelengths between the atmospheric UV cutoff and the roughly 1-micron limit of silicon detectors. Since the first of LCOGT's 1m telescopes are now being deployed, we lay out here LCOGT's scientific goals and the requirements that these goals place on network architecture and performance, we summarize the network's present and projected level of development, and we describe our expected schedule for completing it. In the bulk of the paper, we describe in detail the technical approaches that we have adopted to attain the desired performance. In particular, we discuss our choices for the number and location of network sites, for the number and sizes of telescopes, for the specifications of the first generation of instruments, for the software that will schedule and control the network's telescopes and reduce and archive its data, and for the structure of the scientific and educational programs for which the network will provide observations.

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.

We use high-precision photometry of red-giant-branch (RGB) stars in 57 Galactic globular clusters (GCs), mostly from the ‘Hubble Space Telescope (HST) UV Legacy Survey of Galactic GCs’, to identify and characterize their multiple stellar populations. For each cluster the pseudo-two-colour diagram (or ‘chromosome map’) is presented, built with a suitable combination of stellar magnitudes in the F275W, F336W, F438W, and F814W filters that maximizes the separation between multiple populations. In the chromosome map of most GCs (type-I clusters), stars separate in two distinct groups that we identify with the first (1G) and the second generation (2G). This identification is further supported by noticing that 1G stars have primordial (oxygen-rich, sodium-poor) chemical composition, whereas 2G stars are enhanced in sodium and depleted in oxygen. This 1G–2G separation is not possible for a few GCs where the two sequences have apparently merged into an extended, continuous sequence. In some GCs (type-II clusters) the 1G and/or the 2G sequences appear to be split, hence displaying more complex chromosome maps. These clusters exhibit multiple subgiant branches (SGBs) also in purely optical colour–magnitude diagrams, with the fainter SGB joining into a red RGB which is populated by stars with enhanced heavy-element abundance. We measure the RGB width by using appropriate colours and pseudo-colours. When the metallicity dependence is removed, the RGB width correlates with the cluster mass. The fraction of 1G stars ranges from ∼8 per cent to ∼67 per cent and anticorrelates with the cluster mass, indicating that incidence and complexity of the multiple population phenomenon both increase with cluster mass.

In this paper we describe a new UV-initiative HST project (GO-13297) that will complement the existing F606W and F814W database of the ACS Globular Cluster (GC) Treasury by imaging most of its clusters through UV/blue WFC3/UVIS filters F275W, F336W and F438W. This "magic trio" of filters has shown an uncanny ability to disentangle and characterize multiple-population (MP) patterns in GCs in a way that is exquisitely sensitive to C, N, and O abundance variations. Combination of these passbands with those in the optical also gives the best leverage for measuring helium enrichment. The dozen clusters that had previously been observed in these bands exhibit a bewildering variety of MP patterns, and the new survey will map the full variance of the phenomenon. The ubiquity of multiple stellar generations in GCs has made the formation of these cornerstone objects more intriguing than ever; GC formation and the origin of their MPs have now become one and the same problem. In the present paper we will describe the data base and our data reduction strategy, as well as the uses we intend to make of the final photometry, astrometry, and proper motions. We will also present preliminary color-magnitude diagrams from the data so far collected. These diagrams also draw on data from GO-12605 and GO-12311, which served as a pilot project for the present GO-13297.

We present new constraints on the star formation histories of six ultra-faint dwarf galaxies: Bootes I, Canes Venatici II, Coma Berenices, Hercules, Leo IV, and Ursa Major I. Our analysis employs a combination of high-precision photometry obtained with the Advanced Camera for Surveys on the Hubble Space Telescope, medium-resolution spectroscopy obtained with the DEep Imaging Multi-Object Spectrograph on the W. M. Keck Observatory, and updated Victoria-Regina isochrones tailored to the abundance patterns appropriate for these galaxies. The data for five of these Milky Way satellites are best fit by a star formation history where at least 75% of the stars formed by z ∼ 10 (13.3 Gyr ago). All of the galaxies are consistent with 80% of the stars forming by z ∼ 6 (12.8 Gyr ago) and 100% of the stars forming by z ∼ 3 (11.6 Gyr ago). The similarly ancient populations of these galaxies support the hypothesis that star formation in the smallest dark-matter sub-halos was suppressed by a global outside influence, such as the reionization of the universe.

We build on the evidence provided by our Legacy Survey of Galactic globular clusters (GC) to submit to a crucial test four scenarios currently entertained for the formation of multiple stellar generations in GCs. The observational constraints on multiple generations to be fulfilled are manifold, including GC specificity, ubiquity, variety, predominance, discreteness, supernova avoidance, p-capture processing, helium enrichment and mass budget. We argue that scenarios appealing to supermassive stars, fast rotating massive stars and massive interactive binaries violate in an irreparable fashion two or more among such constraints. Also the scenario appealing to AGB stars as producers of the material for next generation stars encounters severe difficulties, specifically concerning the mass budget problem and the detailed chemical composition of second generation stars. We qualitatively explore ways possibly allowing one to save the AGB scenario, specifically appealing to a possible revision of the cross section of a critical reaction rate destroying sodium, or alternatively by a more extensive exploration of the vast parameter space controlling the evolutionary behavior of AGB stellar models. Still, we cannot ensure success for these efforts and totally new scenarios may have to be invented to understand how GCs formed in the early Universe.

We determine the velocity vector of M31 with respect to the Milky Way and use this to constrain the mass of the Local Group, based on HST proper-motion measurements presented in Paper I. We construct N-body models for M31 to correct the measurements for the contributions from stellar motions internal to M31. We also estimate the center-of-mass motion independently, using the kinematics of satellite galaxies of M31 and the Local Group. All estimates are mutually consistent, and imply a weighted average M31 heliocentric transverse velocity of (v_W,v_N) = (-125.2+/-30.8, -73.8+/-28.4) km/s. We correct for the reflex motion of the Sun using the most recent insights into the solar motion within the Milky Way. This implies a radial velocity of M31 with respect to the Milky Way of V_rad = -109.3+/-4.4 km/s, and a tangential velocity V_tan = 17.0 km/s (<34.3 km/s at 1-sigma confidence). Hence, the velocity vector of M31 is statistically consistent with a radial (head-on collision) orbit towards the Milky Way. We revise prior estimates for the Local Group timing mass, including corrections for cosmic bias and scatter. Bayesian combination with other mass estimates yields M_LG = M_MW(vir) + M_M31(vir) = (3.17 +/- 0.57) x 10^12 solar masses. The velocity and mass results imply at 95% confidence that M33 is bound to M31, consistent with expectation from observed tidal deformations. (Abridged)

The Legacy ExtraGalactic UV Survey (LEGUS) is a Cycle 21 Treasury program on the Hubble Space Telescope aimed at the investigation of star formation and its relation with galactic environment in nearby galaxies, from the scales of individual stars to those of ∼kiloparsec-size clustered structures. Five-band imaging from the near-ultraviolet to the I band with the Wide-Field Camera 3 (WFC3), plus parallel optical imaging with the Advanced Camera for Surveys (ACS), is being collected for selected pointings of 50 galaxies within the local 12 Mpc. The filters used for the observations with the WFC3 are F275W(λ2704 Å), F336W(λ3355 Å), F438W(λ4325 Å), F555W(λ5308 Å), and F814W(λ8024 Å); the parallel observations with the ACS use the filters F435W(λ4328 Å), F606W(λ5921 Å), and F814W(λ8057 Å). The multiband images are yielding accurate recent (≲50 Myr) star formation histories from resolved massive stars and the extinction-corrected ages and masses of star clusters and associations. The extensive inventories of massive stars and clustered systems will be used to investigate the spatial and temporal evolution of star formation within galaxies. This will, in turn, inform theories of galaxy evolution and improve the understanding of the physical underpinning of the gas–star formation relation and the nature of star formation at high redshift. This paper describes the survey, its goals and observational strategy, and the initial scientific results. Because LEGUS will provide a reference survey and a foundation for future observations with the James Webb Space Telescope and with ALMA, a large number of data products are planned for delivery to the community.