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.

AGN are known to have complex X-ray spectra that depend on both the properties of the accreting SMBH (e.g. mass, accretion rate) and the distribution of obscuring material in its vicinity ("torus"). Often however, simple and even unphysical models are adopted to represent the X-ray spectra of AGN. In the case of blank field surveys in particular, this should have an impact on e.g. the determination of the AGN luminosity function, the inferred accretion history of the Universe and also on our understanding of the relation between AGN and their host galaxies. We develop a Bayesian framework for model comparison and parameter estimation of X-ray spectra. We take into account uncertainties associated with X-ray data and photometric redshifts. We also demonstrate how Bayesian model comparison can be used to select among ten different physically motivated X-ray spectral models the one that provides a better representation of the observations. Despite the use of low-count spectra, our methodology is able to draw strong inferences on the geometry of the torus. For a sample of 350 AGN in the 4 Ms Chandra Deep Field South field, our analysis identifies four components needed to represent the diversity of the observed X-ray spectra: (abridged). Simpler models are ruled out with decisive evidence in favour of a geometrically extended structure with significant Compton scattering. Regarding the geometry of the obscurer, there is strong evidence against both a completely closed or entirely open toroidal geometry, in favour of an intermediate case. The additional Compton reflection required by data over that predicted by toroidal geometry models, may be a sign of a density gradient in the torus or reflection off the accretion disk. Finally, we release a catalogue with estimated parameters such as the accretion luminosity in the 2-10 keV band and the column density, $N_{H}$, of the obscurer.

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 show that measures of star formation rates (SFRs) for infrared galaxies using either single-band 24 um or extinction-corrected Paschen-alpha luminosities are consistent in the total infrared luminosity = L(TIR) ~ 10^10 L_sun range. MIPS 24 micron photometry can yield star formation rates accurately from this luminosity upward: SFR(M_sun/yr) = 7.8 x 10^-10 L(24 um, L_sun) from L(TIR) = 5 x 10^9 L_sun to 10^11 L_sun, and SFR = 7.8 x 10^-10 L(24 um, L_sun) x (7.76 x 10^-11 L(24))^0.048 for higher L(TIR). For galaxies with L(TIR) >= 10^10 L_sun, these new expressions should provide SFRs to within 0.2 dex. For L(TIR) >= 10^11 L_sun, we find that the SFR of infrared galaxies is significantly underestimated using extinction-corrected Pa-alpha (and presumably using any other optical or near infrared recombination lines). As a part of this work, we constructed spectral energy distribution (SED) templates for eleven luminous and ultraluminous purely star forming infrared galaxies (LIRGs and ULIRGs) and over the spectral range 0.4 microns to 30 cm. We use these templates and the SINGS data to construct average templates from 5 microns to 30 cm for infrared galaxies with L(TIR) = 5 x 10^9 to 10^13 L_sun. All of these templates are made available on line.

Spitzer IRAC selection is a powerful tool for identifying luminous AGN. For deep IRAC data, however, the AGN selection wedges currently in use are heavily contaminated by star-forming galaxies, especially at high redshift. Using the large samples of luminous AGN and high-redshift star-forming galaxies in COSMOS, we redefine the AGN selection criteria for use in deep IRAC surveys. The new IRAC criteria are designed to be both highly complete and reliable, and incorporate the best aspects of the current AGN selection wedges and of infrared power-law selection while excluding high redshift star-forming galaxies selected via the BzK, DRG, LBG, and SMG criteria. At QSO-luminosities of log L(2-10 keV) (ergs/s) > 44, the new IRAC criteria recover 75% of the hard X-ray and IRAC-detected XMM-COSMOS sample, yet only 38% of the IRAC AGN candidates have X-ray counterparts, a fraction that rises to 52% in regions with Chandra exposures of 50-160 ks. X-ray stacking of the individually X-ray non-detected AGN candidates leads to a hard X-ray signal indicative of heavily obscured to mildly Compton-thick obscuration (log N_H (cm^-2) = 23.5 +/- 0.4). While IRAC selection recovers a substantial fraction of luminous unobscured and obscured AGN, it is incomplete to low-luminosity and host-dominated AGN.