This review discusses the current status of supermassive black hole research, as seen from a purely observational standpoint. Since the early ‘90s, rapid technological advances, most notably the launch of the Hubble Space Telescope, the commissioning of the VLBA and improvements in near-infrared speckle imaging techniques, have not only given us incontrovertible proof of the existence of supermassive black holes, but have unveiled fundamental connections between the mass of the central singularity and the global properties of the host galaxy. It is thanks to these observations that we are now, for the first time, in a position to understand the origin, evolution and cosmic relevance of these fascinating objects.

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).

Since the launch of Hubble Space Telescope (HST) 9 yr ago, Cepheid distances to 25 galaxies have been determined for the purpose of calibrating secondary distance indicators. Eighteen of these have been measured by the HST Key Project team, six by the Supernova Calibration Project, and one independently by Tanvir. Collectively, this work sets out an array of survey markers over the region within 25 Mpc of the Milky Way. A variety of secondary distance indicators can now be calibrated, and the accompanying four papers employ the full set of 25 galaxies to consider the Tully-Fisher relation, the fundamental plane of elliptical galaxies, Type Ia supernovae, and surface brightness fluctuations. When calibrated with Cepheid distances, each of these methods yields a measurement of the Hubble constant and a corresponding measurement uncertainty. We combine these measurements in this paper, together with a model of the velocity field, to yield the best available estimate of the value of H0 within the range of these secondary distance indicators and its uncertainty. The uncertainty in the result is modeled in an extensive simulation we call the "virtual Key Project." The velocity-field model includes the influence of the Virgo cluster, the Great Attractor, and the Shapley supercluster, but does not play a significant part in determining the result. The result is H0 = 71 ± 6 km s-1 Mpc-1. The largest contributor to the uncertainty of this 67% confidence level result is the distance of the Large Magellanic Cloud, which has been assumed to be 50 ± 3 kpc. This takes up the first 6.5% of our 9% error budget. Other contributors are the photometric calibration of the WFPC2 instrument, which takes up 4.5%, deviations from uniform Hubble flow in the volume sampled (≲2%), the composition sensitivity of the Cepheid period-luminosity relation (4%), and departures from a universal reddening law (~1%). These are the major components that , when combined in quadrature, make up the 9% total uncertainty. If the LMC distance modulus were systematically smaller by 1 σ than that adopted here, the derived value of the Hubble constant would increase by 4 km s-1 Mpc-1. Most of the significant systematic errors are capable of amelioration in future work. These include the uncertainty in the photometric calibration of WFPC2, the LMC distance, and the reddening correction. A NICMOS study is in its preliminary reduction phase, addressing the last of these concerns. Various empirical analyses have suggested that Cepheid distance moduli are affected by metallicity differences. If we adopted the composition sensitivity obtained in the Key Project's study of M101, and employed the oxygen abundances measured spectroscopically in each of the Cepheid fields we have studied, the value of the Hubble constant would be reduced by 4% ± 2% to 68 ± 6 km s-1 Mpc-1.

We use the ACS BViz data from the HUDF and all other deep HST ACS fields (including the GOODS fields) to find large samples of star-forming galaxies at z ~ 4 and ~5 and to extend our previous z ~ 6 sample. These samples contain 4671, 1416, and 627 B-, V-, and i-dropouts, respectively, and reach to extremely low luminosities [(0.01-0.04)L or MUV ~ -16 to -17], allowing us to determine the rest-frame UV LF and faint-end slope α at z ~ 4-6 to high accuracy. We find faint-end slopes α = -1.73 ± 0.05, -1.66 ± 0.09, and -1.74 ± 0.16 at z ~ 4, ~5, and ~6, respectively, suggesting that the faint-end slope is very steep and shows little evolution with cosmic time. We find that M brightens considerably in the 0.7 Gyr from z ~ 6 to ~4 (by ~0.7 mag from M = -20.24 ± 0.19 to -20.98 ± 0.10). The observed increase in the characteristic luminosity over this range is almost identical to that expected for the halo mass function, suggesting that the observed evolution is likely due to the hierarchical coalescence and merging of galaxies. The evolution in ϕ* is not significant. The UV luminosity density at z ~ 6 is modestly lower than (0.45 ± 0.09 times) that at z ~ 4 (integrated to -17.5 mag) although a larger change is seen in the dust-corrected SFR density. We thoroughly examine published LF results and assess the reasons for their wide dispersion. We argue that the results reported here are the most robust available. The extremely steep faint-end slopes α found here suggest that lower luminosity galaxies play a significant role in reionizing the universe. Finally, recent search results for galaxies at z ~ 7-8 are used to extend our estimates of the evolution of M* from z ~ 7-8 to z ~ 4.

view Abstract Citations (578) References (50) Co-Reads Similar Papers Volume Content Graphics Metrics Export Citation NASA/ADS The Hubble Space Telescope Extragalactic Distance Scale Key Project. I. The Discovery of Cepheids and a New Distance to M81 Freedman, Wendy L. ; Hughes, Shaun M. ; Madore, Barry F. ; Mould, Jeremy R. ; Lee, Myung Gyoon ; Stetson, Peter ; Kennicutt, Robert C. ; Turner, Anne ; Ferrarese, Laura ; Ford, Holland ; Graham, John A. ; Hill, Robert ; Hoessel, John G. ; Huchra, John ; Illingworth, Garth D. Abstract We report on the discovery of 30 new Cepheids in the nearby galaxy M81 based on observations using the Hubble Space Telescope (HST). The periods of these Cepheids lie in the range of 10-55 days, based on 18 independent epochs using the HST wide-band F555W filter. The HST F555W and F785LP data have been transformed to the Cousins standard V and I magnitude system using a ground-based calibration. Apparent period-luminosity relations at V and I were constructed, from which apparent distance moduli were measured with respect to assumed values of Î¼_0_ = 18.50 mag and E(B- V) = 0.10 mag for the Large Magellanic Cloud. The difference in the apparent V and I moduli yields a measure of the difference in the total mean extinction between the M81 and the LMC Cepheid samples. A low total mean extinction to the M81 sample of E(B - V) = 0.03+/-0.05 mag is obtained. The true distance modulus to M81 is determined to be 27.80 +/- 0.20 mag, corresponding to a distance of 3.63 +/- 0.34 Mpc. These data illustrate that with an optimal (power-law) sampling strategy, the HST provides a powerful tool for the discovery of extragalactic Cepheids and their application to the distance scale. M81 is the first calibrating galaxy in the target sample of the HST Key Project on the Extragalactic Distance Scale, the ultimate aim of which is to provide a value of the Hubble constant to 10% accuracy. Publication: The Astrophysical Journal Pub Date: June 1994 DOI: 10.1086/174172 Bibcode: 1994ApJ...427..628F Keywords: Astrometry; Astronomical Photometry; Calibrating; Cepheid Variables; Distance; Scale (Ratio); Spiral Galaxies; Data Reduction; Data Sampling; Hubble Constant; Hubble Space Telescope; Interstellar Extinction; Red Shift; Stellar Luminosity; Stellar Magnitude; Astrophysics; COSMOLOGY: DISTANCE SCALE; GALAXIES: DISTANCES AND REDSHIFTS; GALAXIES: INDIVIDUAL MESSIER NUMBER: M81; STARS: VARIABLES: CEPHEIDS full text sources ADS | data products SIMBAD (5) NED (1) MAST (1) ESA (1) Related Materials (29) Part 2: 1994ApJ...428..143H Part 3: 1996ApJ...463...26K Part 4: 1997ApJ...478..430K Part 5: 1996ApJ...464..568F Part 6: 1997ApJ...475..853F Part 7: 1998ApJ...496..648H Part 8: 1996ApJ...470....1S Part 9: 1997ApJ...477..535G Part 10: 1997ApJ...490..517R Part 11: 1998ApJ...500..763P Part 12: 1998ApJ...501...32H Part 13: 1998ApJ...505..207T Part 14: 1998ApJ...507..655F Part 15: 1998ApJ...498..181K Part 16: 1999ApJ...515....1S Part 17: 1999ApJ...515...29M Part 18: 1999ApJ...512...48G Part 19: 1999ApJ...521..155M Part 20: 1999ApJ...514..614K Part 21: 1999ApJ...516..626G Part 22: 2000ApJ...528..655M Part 23: 1999ApJ...525...80P Part 24: 1999ApJ...523..540S Part 25: 2000ApJ...529..698S Part 26: 2000ApJ...529..723G Part 27: 2000ApJ...529..745F Part 28: 2000ApJ...529..768K Part 29: 2000ApJ...529..786M Part 30: 2000ApJ...545..547M

We provide a systematic measurement of the rest-frame UV continuum slope β over a wide range in redshift (z ∼ 2–6) and rest-frame UV luminosity (0.1 L*z = 3 to 2 L*z = 3) to improve estimates of the star formation rate (SFR) density at high redshift. We utilize the deep optical and infrared data (Advanced Camera for Surveys/NICMOS) over the Chandra Deep Field-South and Hubble Deep Field-North Great Observatories Origins Deep Survey fields, as well as the UDF for our primary UBVi "dropout" Lyman Break Galaxy sample. We also use strong lensing clusters to identify a population of very low luminosity, high-redshift dropout galaxies. We correct the observed distributions for both selection biases and photometric scatter. We find that the UV-continuum slope of the most luminous galaxies is substantially redder at z ∼ 2–4 than it is at z ∼ 5–6 (from ∼−2.4 at z ∼ 6 to ∼−1.5 at z ∼ 2). Lower luminosity galaxies are also found to be bluer than higher luminosity galaxies at z ∼ 2.5 and z ∼ 4. We do not find a large number of galaxies with β's as red as −1 in our dropout selections at z ∼ 4, and particularly at z ≳ 5, even though such sources could be readily selected from our data (and also from Balmer Break Galaxy searches at z ∼ 4). This suggests that star-forming galaxies at z ≳ 5 almost universally have very blue UV-continuum slopes, and that there are not likely to be a substantial number of dust-obscured galaxies at z ≳ 5 that are missed in "dropout" searches. Using the same relation between UV-continuum slope and dust extinction as has been found to be appropriate at both z ∼ 0 and z ∼ 2, we estimate the average dust extinction of galaxies as a function of redshift and UV luminosity in a consistent way. As expected, we find that the estimated dust extinction increases substantially with cosmic time for the most UV luminous galaxies, but remains small (≲2 times) at all times for lower luminosity galaxies. Because these same lower luminosity galaxies dominate the luminosity density in the UV continuum, the overall dust extinction correction remains modest at all redshifts and the evolution of this correction with redshift is only modest. We include the contribution from ultra-luminous IR galaxies in our SFR density estimates at z ∼ 2–6, but find that they contribute only ∼20% of the total at z ∼ 2.5 and ≲10% at z ≳ 4.

We measure the morphology-density relation (MDR) and morphology-radius relation (MRR) for galaxies in seven z ~ 1 clusters that have been observed with the Advanced Camera for Surveys (ACS) on board the Hubble Space Telescope. Simulations and independent comparisons of our visually derived morphologies indicate that ACS allows one to distinguish between E, S0, and spiral morphologies down to z850 = 24, corresponding to L/L* = 0.21 and 0.30 at z = 0.83 and 1.24, respectively. We adopt density and radius estimation methods that match those used at lower redshift in order to study the evolution of the MDR and MRR. We detect a change in the MDR between 0.8 < z < 1.2 and that observed at z ~ 0, consistent with recent work; specifically, the growth in the bulge-dominated galaxy fraction, fE+S0, with increasing density proceeds less rapidly at z ~ 1 than it does at z ~ 0. At z ~ 1 and Σ ≥ 500 galaxies Mpc-2, we find ⟨fE+S0⟩ = 0.72 ± 0.10. At z ~ 0, an E+S0 population fraction of this magnitude occurs at densities about 5 times smaller. The evolution in the MDR is confined to densities Σ ≳ 40 galaxies Mpc-2 and appears to be primarily due to a deficit of S0 galaxies and an excess of Sp+Irr galaxies relative to the local galaxy population. The fE-density relation exhibits no significant evolution between z = 1 and 0. We find mild evidence to suggest that the MDR is dependent on the bolometric X-ray luminosity of the intracluster medium. Implications for the evolution of the disk galaxy population in dense regions are discussed in the context of these observations.

We present a candidate for the most distant galaxy known to date with a photometric redshift of z = 10.7+0.6−0.4 (95% confidence limits; with z < 9.5 galaxies of known types ruled out at 7.2σ). This J-dropout Lyman break galaxy, named MACS0647-JD, was discovered as part of the Cluster Lensing and Supernova survey with Hubble (CLASH). We observe three magnified images of this galaxy due to strong gravitational lensing by the galaxy cluster MACSJ0647.7+7015 at z = 0.591. The images are magnified by factors of ∼80, 7, and 2, with the brighter two observed at ∼26th magnitude AB (∼0.15 μJy) in the WFC3/IR F160W filter (∼1.4–1.7 μm) where they are detected at ≳12σ. All three images are also confidently detected at ≳6σ in F140W (∼1.2–1.6 μm), dropping out of detection from 15 lower wavelength Hubble Space Telescope filters (∼0.2–1.4 μm), and lacking bright detections in Spitzer/IRAC 3.6 μm and 4.5 μm imaging (∼3.2–5.0 μm). We rule out a broad range of possible lower redshift interlopers, including some previously published as high-redshift candidates. Our high-redshift conclusion is more conservative than if we had neglected a Bayesian photometric redshift prior. Given CLASH observations of 17 high-mass clusters to date, our discoveries of MACS0647-JD at z ∼ 10.8 and MACS1149-JD at z ∼ 9.6 are consistent with a lensed luminosity function extrapolated from lower redshifts. This would suggest that low-luminosity galaxies could have reionized the universe. However, given the significant uncertainties based on only two galaxies, we cannot yet rule out the sharp drop-off in number counts at z ≳ 10 suggested by field searches.

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)