This overview paper describes the legacy prospect and discovery potential of the Dark Energy Survey (DES) beyond cosmological studies, illustrating it with examples from the DES early data.DES is using a wide-field camera (DECam) on the 4 m Blanco Telescope in Chile to image 5000 sq deg of the sky in five filters (grizY).

The Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH) is a 524-orbit Multi-Cycle Treasury Program to use the gravitational lensing properties of 25 galaxy clusters to accurately constrain their mass distributions. The survey, described in detail in this paper, will definitively establish the degree of concentration of dark matter in the cluster cores, a key prediction of structure formation models. The CLASH cluster sample is larger and less biased than current samples of space-based imaging studies of clusters to similar depth, as we have minimized lensing-based selection that favors systems with overly dense cores. Specifically, 20 CLASH clusters are solely X-ray selected. The X-ray-selected clusters are massive (kT > 5 keV) and, in most cases, dynamically relaxed. Five additional clusters are included for their lensing strength (θEin > 35'' at zs = 2) to optimize the likelihood of finding highly magnified high-z (z > 7) galaxies. A total of 16 broadband filters, spanning the near-UV to near-IR, are employed for each 20-orbit campaign on each cluster. These data are used to measure precise (σz ∼ 0.02(1 + z)) photometric redshifts for newly discovered arcs. Observations of each cluster are spread over eight epochs to enable a search for Type Ia supernovae at z > 1 to improve constraints on the time dependence of the dark energy equation of state and the evolution of supernovae. We present newly re-derived X-ray luminosities, temperatures, and Fe abundances for the CLASH clusters as well as a representative source list for MACS1149.6+2223 (z = 0.544).

GalSim is a collaborative, open-source project aimed at providing an image simulation tool of enduring benefit to the astronomical community. It provides a software library for generating images of astronomical objects such as stars and galaxies in a variety of ways, efficiently handling image transformations and operations such as convolution and rendering at high precision. We describe the GalSim software and its capabilities, including necessary theoretical background. We demonstrate that the performance of GalSim meets the stringent requirements of high precision image analysis applications such as weak gravitational lensing, for current datasets and for the Stage IV dark energy surveys of the Large Synoptic Survey Telescope, ESA’s Euclid mission, and NASA’s WFIRST-AFTA mission. The GalSim project repository is public and includes the full code history, all open and closed issues, installation instructions, documentation, and wiki pages (including a Frequently Asked Questions section). The GalSim repository can be found at https://github.com/GalSim-developers/GalSim.

ABSTRACT We describe updates to the redMaPPer algorithm, a photometric red-sequence cluster finder specifically designed for large photometric surveys. The updated algorithm is applied to of Science Verification (SV) data from the Dark Energy Survey (DES), and to the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) DR8 photometric data set. The DES SV catalog is locally volume limited and contains 786 clusters with richness (roughly equivalent to ) and . The DR8 catalog consists of 26,311 clusters with , with a sharply increasing richness threshold as a function of redshift for . The photometric redshift performance of both catalogs is shown to be excellent, with photometric redshift uncertainties controlled at the level for , rising to ∼0.02 at in DES SV. We make use of Chandra and XMM X-ray and South Pole Telescope Sunyaev–Zeldovich data to show that the centering performance and mass–richness scatter are consistent with expectations based on prior runs of redMaPPer on SDSS data. We also show how the redMaPPer photo- z and richness estimates are relatively insensitive to imperfect star/galaxy separation and small-scale star masks.

Growing observational evidence now indicates that nebular line emission has a significant impact on the rest-frame optical fluxes of z~5-7 galaxies observed with Spitzer. This line emission makes z~5-7 galaxies appear more massive, with lower specific star formation rates. However, corrections for this line emission have been very difficult to perform reliably due to huge uncertainties on the overall strength of such emission at z>~5.5. Here, we present the most direct observational evidence yet for ubiquitous high-EW [OIII]+Hbeta line emission in Lyman-break galaxies at z~7, while also presenting a strategy for an improved measurement of the sSFR at z~7. We accomplish this through the selection of bright galaxies in the narrow redshift window z~6.6-7.0 where the IRAC 4.5 micron flux provides a clean measurement of the stellar continuum light. Observed 4.5 micron fluxes in this window contrast with the 3.6 micron fluxes which are contaminated by the prominent [OIII]+Hbeta lines. To ensure a high S/N for our IRAC flux measurements, we consider only the brightest (H_{160}<26 mag) magnified galaxies we have identified in CLASH and other programs targeting galaxy clusters. Remarkably, the mean rest-frame optical color for our bright seven-source sample is very blue, [3.6]-[4.5]=-0.9+/-0.3. Such blue colors cannot be explained by the stellar continuum light and require that the rest-frame EW of [OIII]+Hbeta be greater than 637 Angstroms for the average source. The bluest four sources from our seven-source sample require an even more extreme EW of 1582 Angstroms. Our derived lower limit for the mean [OIII]+Hbeta EW could underestimate the true EW by ~2x based on a simple modeling of the redshift distribution of our sources. We can also set a robust lower limit of >~4 Gyr^-1 on the specific star formation rates based on the mean SED for our seven-source sample. (abridged)

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.

We describe the creation, content, and validation of the Dark Energy Survey (DES) internal year-one cosmology data set, Y1A1 GOLD, in support of upcoming cosmological analyses. The Y1A1 GOLD data set is assembled from multiple epochs of DES imaging and consists of calibrated photometric zeropoints, object catalogs, and ancillary data products - e.g., maps of survey depth and observing conditions, star-galaxy classification, and photometric redshift estimates - that are necessary for accurate cosmological analyses. The Y1A1 GOLD wide-area object catalog consists of ~137 million objects detected in coadded images covering ~1800 deg$^2$ in the DES grizY filters. The 10σ limiting magnitude for galaxies is g = 23.4, r = 23.2, i = 22.5, z = 21.8, and Y = 20.1. Photometric calibration of Y1A1 GOLD was performed by combining nightly zeropoint solutions with stellar-locus regression, and the absolute calibration accuracy is better than 2% over the survey area. DES Y1A1 GOLD is the largest photometric data set at the achieved depth to date, enabling precise measurements of cosmic acceleration at z $\lesssim$ 1.

We constrain the mass–richness scaling relation of redMaPPer galaxy clusters identified in the Dark Energy Survey Year 1 data using weak gravitational lensing. We split clusters into 4 × 3 bins of richness λ and redshift |$z$| for λ ≥ 20 and 0.2 ≤ |$z$| ≤ 0.65 and measure the mean masses of these bins using their stacked weak lensing signal. By modelling the scaling relation as 〈M200m|λ, |$z$|〉 = M0(λ/40)F((1 + |$z$|⁠)/1.35)G, we constrain the normalization of the scaling relation at the 5.0 per cent level, finding M0 = [3.081 ± 0.075(stat) ± 0.133(sys)] · 1014 M⊙ at λ = 40 and |$z$| = 0.35. The recovered richness scaling index is F = 1.356 ± 0.051 (stat) ± 0.008 (sys) and the redshift scaling index G = −0.30 ± 0.30 (stat) ± 0.06 (sys). These are the tightest measurements of the normalization and richness scaling index made to date from a weak lensing experiment. We use a semi-analytic covariance matrix to characterize the statistical errors in the recovered weak lensing profiles. Our analysis accounts for the following sources of systematic error: shear and photometric redshift errors, cluster miscentring, cluster member dilution of the source sample, systematic uncertainties in the modelling of the halo–mass correlation function, halo triaxiality, and projection effects. We discuss prospects for reducing our systematic error budget, which dominates the uncertainty on M0. Our result is in excellent agreement with, but has significantly smaller uncertainties than, previous measurements in the literature, and augurs well for the power of the DES cluster survey as a tool for precision cosmology and upcoming galaxy surveys such as LSST, Euclid, and WFIRST.