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).

Abstract Hyper Suprime-Cam (HSC) is a wide-field imaging camera on the prime focus of the 8.2-m Subaru telescope on the summit of Mauna Kea in Hawaii. A team of scientists from Japan, Taiwan, and Princeton University is using HSC to carry out a 300-night multi-band imaging survey of the high-latitude sky. The survey includes three layers: the Wide layer will cover 1400 deg2 in five broad bands (grizy), with a 5 σ point-source depth of r ≈ 26. The Deep layer covers a total of 26 deg2 in four fields, going roughly a magnitude fainter, while the UltraDeep layer goes almost a magnitude fainter still in two pointings of HSC (a total of 3.5 deg2). Here we describe the instrument, the science goals of the survey, and the survey strategy and data processing. This paper serves as an introduction to a special issue of the Publications of the Astronomical Society of Japan, which includes a large number of technical and scientific papers describing results from the early phases of this survey.

We measure cosmic weak lensing shear power spectra with the Subaru Hyper Suprime-Cam (HSC) survey first-year shear catalog covering 137deg$^2$ of the sky. Thanks to the high effective galaxy number density of $\sim$17 arcmin$^{-2}$ even after conservative cuts such as magnitude cut of $i<24.5$ and photometric redshift cut of $0.3\leq z \leq 1.5$, we obtain a high significance measurement of the cosmic shear power spectra in 4 tomographic redshift bins, achieving a total signal-to-noise ratio of 16 in the multipole range $300 \leq \ell \leq 1900$. We carefully account for various uncertainties in our analysis including the intrinsic alignment of galaxies, scatters and biases in photometric redshifts, residual uncertainties in the shear measurement, and modeling of the matter power spectrum. The accuracy of our power spectrum measurement method as well as our analytic model of the covariance matrix are tested against realistic mock shear catalogs. For a flat $\Lambda$ cold dark matter ($\Lambda$CDM) model, we find $S_8\equiv \sigma_8(\Omega_{\rm m}/0.3)^\alpha=0.800^{+0.029}_{-0.028}$ for $\alpha=0.45$ ($S_8=0.780^{+0.030}_{-0.033}$ for $\alpha=0.5$) from our HSC tomographic cosmic shear analysis alone. In comparison with Planck cosmic microwave background constraints, our results prefer slightly lower values of $S_8$, although metrics such as the Bayesian evidence ratio test do not show significant evidence for discordance between these results. We study the effect of possible additional systematic errors that are unaccounted in our fiducial cosmic shear analysis, and find that they can shift the best-fit values of $S_8$ by up to $\sim 0.6\sigma$ in both directions. The full HSC survey data will contain several times more area, and will lead to significantly improved cosmological constraints.

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.

The Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP) is a three-layered imaging survey aimed at addressing some of the most outstanding questions in astronomy today, including the nature of dark matter and dark energy. The survey has been awarded 300 nights of observing time at the Subaru Telescope and it started in March 2014. This paper presents the first public data release of HSC-SSP. This release includes data taken in the first 1.7 years of observations (61.5 nights) and each of the Wide, Deep, and UltraDeep layers covers about 108, 26, and 4 square degrees down to depths of i~26.4, ~26.5, and ~27.0 mag, respectively (5sigma for point sources). All the layers are observed in five broad bands (grizy), and the Deep and UltraDeep layers are observed in narrow bands as well. We achieve an impressive image quality of 0.6 arcsec in the i-band in the Wide layer. We show that we achieve 1-2 per cent PSF photometry (rms) both internally and externally (against Pan-STARRS1), and ~10 mas and 40 mas internal and external astrometric accuracy, respectively. Both the calibrated images and catalogs are made available to the community through dedicated user interfaces and database servers. In addition to the pipeline products, we also provide value-added products such as photometric redshifts and a collection of public spectroscopic redshifts. Detailed descriptions of all the data can be found online. The data release website is https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp/.

Abstract We assess the dark matter halo masses of luminous active galactic nuclei (AGNs) over the redshift range 0.2–1.2 using galaxy–galaxy lensing based on imaging data from the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP). We measure the weak lensing signal of a sample of 48,907 AGNs constructed using HSC and Wide-field Infrared Survey Explorer photometry. As expected, we find that the lensing mass profile of total AGN sample is consistent with that of massive galaxies ( log ( M * /  h − 2  M ⊙ ) ∼ 10.61). Surprisingly, the lensing signal remains unchanged when the AGN sample is split into four host galaxy stellar mass bins. Specifically, we find that the excess surface density of AGNs residing in galaxies with high stellar masses significantly differs from that of the control sample. We further fit a halo occupation distribution model to the data to infer the posterior distribution of parameters including the average halo mass. We find that the characteristic halo mass of the full AGN population lies near the knee ( log ( M h /  h − 1  M ⊙ ) = 12.0 ) of the stellar-to-halo mass relation (SHMR). Illustrative of the results given above, the halo masses of AGNs residing in host galaxies with high stellar masses (i.e., above the knee of the SHMR) fall below the calibrated SHMR while the halo masses of the low stellar mass sample are more consistent with the established SHMR. These results indicate that massive halos with a higher clustering bias tend to suppress AGN activity, probably due to the lack of available gas.