We present a joint shear-and-magnification weak-lensing analysis of a sample of 16 X-ray-regular and 4 high-magnification galaxy clusters at 0.19 ≲ z ≲ 0.69 selected from the Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH). Our analysis uses wide-field multi-color imaging, taken primarily with Suprime-Cam on the Subaru Telescope. From a stacked-shear-only analysis of the X-ray-selected subsample, we detect the ensemble-averaged lensing signal with a total signal-to-noise ratio of ≃ 25 in the radial range of 200–3500 kpc h−1, providing integrated constraints on the halo profile shape and concentration–mass relation. The stacked tangential-shear signal is well described by a family of standard density profiles predicted for dark-matter-dominated halos in gravitational equilibrium, namely, the Navarro–Frenk–White (NFW), truncated variants of NFW, and Einasto models. For the NFW model, we measure a mean concentration of at an effective halo mass of . We show that this is in excellent agreement with Λ cold dark matter (ΛCDM) predictions when the CLASH X-ray selection function and projection effects are taken into account. The best-fit Einasto shape parameter is , which is consistent with the NFW-equivalent Einasto parameter of ∼0.18. We reconstruct projected mass density profiles of all CLASH clusters from a joint likelihood analysis of shear-and-magnification data and measure cluster masses at several characteristic radii assuming an NFW density profile. We also derive an ensemble-averaged total projected mass profile of the X-ray-selected subsample by stacking their individual mass profiles. The stacked total mass profile, constrained by the shear+magnification data, is shown to be consistent with our shear-based halo-model predictions, including the effects of surrounding large-scale structure as a two-halo term, establishing further consistency in the context of the ΛCDM model.

In 1964, Refsdal hypothesized that a supernova whose light traversed multiple paths around a strong gravitational lens could be used to measure the rate of cosmic expansion. We report the discovery of such a system. In Hubble Space Telescope imaging, we have found four images of a single supernova forming an Einstein cross configuration around a redshift z=0.54 elliptical galaxy in the MACS J1149.6+2223 cluster. The cluster's gravitational potential also creates multiple images of the z=1.49 spiral supernova host galaxy, and a future appearance of the supernova elsewhere in the cluster field is expected. The magnifications and staggered arrivals of the supernova images probe the cosmic expansion rate, as well as the distribution of matter in the galaxy and cluster lenses.

We present a detailed strong lensing, weak lensing and X-ray analysis of Abell 2744 (z = 0.308), one of the most actively merging galaxy clusters known. It appears to have unleashed `dark', `ghost', `bullet' and `stripped' substructures, each ~10^14 solar masses. The phenomenology is complex and will present a challenge for numerical simulations to reproduce. With new, multiband HST imaging, we identify 34 strongly-lensed images of 11 galaxies around the massive Southern `core'. Combining this with weak lensing data from HST, VLT and Subaru, we produce the most detailed mass map of this cluster to date. We also perform an independent analysis of archival Chandra X-ray imaging. Our analyses support a recent claim that the Southern core and Northwestern substructure are post-merger and exhibit morphology similar to the Bullet Cluster viewed from an angle. From the separation between X-ray emitting gas and lensing mass in the Southern core, we derive a new and independent constraint on the self-interaction cross section of dark matter particles sigma/m <~ 3 \pm 1 cm^2 g^-1. In the Northwestern substructure, the gas, dark matter, and galaxy components have become separated by much larger distances. Most curiously, the `ghost' clump (primarily gas) leads the `dark' clump (primarily dark matter) by more than 150 kpc. We propose an enhanced `ram-pressure slingshot' scenario which may have yielded this reversal of components with such a large separation, but needs further confirmation by follow-up observations and numerical simulations. A secondary merger involves a second `bullet' clump in the North and an extremely `stripped' clump to the West. The latter appears to exhibit the largest separation between dark matter and X-ray emitting baryons detected to date in our sky.

We present cosmological parameter constraints from a joint analysis of three cosmological probes: the tomographic cosmic shear signal in $\sim$450 deg$^2$ of data from the Kilo Degree Survey (KiDS), the galaxy-matter cross-correlation signal of galaxies from the Galaxies And Mass Assembly (GAMA) survey determined with KiDS weak lensing, and the angular correlation function of the same GAMA galaxies. We use fast power spectrum estimators that are based on simple integrals over the real-space correlation functions, and show that they are practically unbiased over relevant angular frequency ranges. We test our full pipeline on numerical simulations that are tailored to KiDS and retrieve the input cosmology. By fitting different combinations of power spectra, we demonstrate that the three probes are internally consistent. For all probes combined, we obtain $S_8\equiv \sigma_8 \sqrt{\Omega_{\rm m}/0.3}=0.800_{-0.027}^{+0.029}$, consistent with Planck and the fiducial KiDS-450 cosmic shear correlation function results. Marginalising over wide priors on the mean of the tomographic redshift distributions yields consistent results for $S_8$ with an increase of $28\%$ in the error. The combination of probes results in a $26\%$ reduction in uncertainties of $S_8$ over using the cosmic shear power spectra alone. The main gain from these additional probes comes through their constraining power on nuisance parameters, such as the galaxy intrinsic alignment amplitude or potential shifts in the redshift distributions, which are up to a factor of two better constrained compared to using cosmic shear alone, demonstrating the value of large-scale structure probe combination.

We present measurements of the weak gravitational lensing shear power spectrum based on $450$ sq. deg. of imaging data from the Kilo Degree Survey. We employ a quadratic estimator in two and three redshift bins and extract band powers of redshift auto-correlation and cross-correlation spectra in the multipole range $76 \leq \ell \leq 1310$. The cosmological interpretation of the measured shear power spectra is performed in a Bayesian framework assuming a $\Lambda$CDM model with spatially flat geometry, while accounting for small residual uncertainties in the shear calibration and redshift distributions as well as marginalising over intrinsic alignments, baryon feedback and an excess-noise power model. Moreover, massive neutrinos are included in the modelling. The cosmological main result is expressed in terms of the parameter combination $S_8 \equiv \sigma_8 \sqrt{\Omega_{\rm m}/0.3}$ yielding $S_8 = \ 0.651 \pm 0.058$ (3 z-bins), confirming the recently reported tension in this parameter with constraints from Planck at $3.2\sigma$ (3 z-bins). We cross-check the results of the 3 z-bin analysis with the weaker constraints from the 2 z-bin analysis and find them to be consistent. The high-level data products of this analysis, such as the band power measurements, covariance matrices, redshift distributions, and likelihood evaluation chains are available at http://kids.strw.leidenuniv.nl/