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.

Abstract This paper presents the second data release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program, a wide-field optical imaging survey using the 8.2 m Subaru Telescope. The release includes data from 174 nights of observation through 2018 January. The Wide layer data cover about 300 deg$^2$ in all five broad-band filters ($grizy$) to the nominal survey exposure (10 min in $gr$ and 20 min in $izy$). Partially observed areas are also included in the release; about 1100 deg$^2$ is observed in at least one filter and one exposure. The median seeing in the i-band is ${0_{.}^{\prime \prime }6}$, demonstrating the superb image quality of the survey. The Deep (26 deg$^2$) and UltraDeep (4 deg$^2$) data are jointly processed and the UltraDeep-COSMOS field reaches an unprecedented depth of $i\sim 28$ at $5 \, \sigma$ for point sources. In addition to the broad-band data, narrow-band data are also available in the Deep and UltraDeep fields. This release includes a major update to the processing pipeline, including improved sky subtraction, PSF modeling, object detection, and artifact rejection. The overall data quality has been improved, but this release is not without problems; there is a persistent deblender problem as well as new issues with masks around bright stars. The user is encouraged to review the issue list before utilizing the data for scientific explorations. All the image products as well as catalog products are available for download. The catalogs are also loaded into a database, which provides an easy interface for users to retrieve data for objects of interest. In addition to these main data products, detailed galaxy shape measurements withheld from Public Data Release 1 (PDR1) are now available to the community. The shape catalog is drawn from the S16A internal release, which has a larger area than PDR1 (160 deg$^2$). All products are available at the data release site, https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp/.

We use high-quality Subaru/Suprime-Cam imaging data to conduct a detailed weak lensing study of the distribution of dark matter in a sample of 30 X-ray luminous galaxy clusters at 0.15 $\le z \le$ 0.3. A weak lensing signal is detected at high statistical significance in each cluster, the total signal-to-noise ratio of the detections ranging from 5 to 13. Comparing spherical models to the tangential distortion profiles of the clusters individually, we are unable to discriminate statistically between a singular isothermal sphere (SIS) and Navarro, Frenk, and White (NFW) models. However, when the tangential distortion profiles are combined and then models are fitted to the stacked profile, the SIS model is rejected at 6$\ \sigma$ and 11$\ \sigma$, respectively, for low ($M_{\rm vir}\lt$ 6 $\times$ 10$^{14}\ h^{-1}\ M_\odot$) and high ($M_{\rm vir} \gt $ 6 $\times$ 10$^{14}\ h^{-1}\ M_\odot$) mass bins. We also used individual cluster NFW model fits to investigate the relationship between the cluster mass and the concentration, finding that the concentration ($c_{\rm vir}$) decreases with increasing cluster mass ($M_{\rm vir}$). The best-fit $c_{\rm vir}$–$M_{\rm vir}$ relation is: $c_{\rm vir}$($M_{\rm vir}$) $=$ 8.75$^{+4.13}_{-2.89} \times$ ($M_{\rm vir}/$10$^{14}\ h^{-1}\ M_\odot$)$^{-\alpha}$ with $\alpha \approx$ 0.40$\ \pm\ $0.19: i.e., a non-zero slope is detected at 2$\ \sigma$ significance. This relation gives a concentration of $c_{\rm vir} =$ 3.48$^{+1.65}_{-1.15}$ for clusters with $M_{\rm vir} =$ 10$^{15}\ h^{-1}M_\odot$, which is inconsistent at 4$\ \sigma$ significance with the values of $c_{\rm vir} \sim$ 10 reported for strong-lensing-selected clusters. We have found that the measurement error on the cluster mass is smaller at higher over-densities, $\Delta \simeq$ 500–2000, than at the virial over-density, $\Delta_{\rm vir} \simeq$ 110; typical fractional errors at $\Delta \simeq$ 500–2000 are improved to $\ \sigma$($M_\Delta$)$/M_{\Delta } \simeq$ 0.1–0.2 compared with 0.2–0.3 at $\Delta_{\rm vir}$. Furthermore, comparing the 3D spherical mass with the 2D cylinder mass, obtained from the aperture mass method at a given aperture radius, $\theta_\Delta$, reveals $M_{\rm 2D}$($\lt \theta_{\Delta}$)$/M_{\rm 3D}$($\lt r_\Delta = D_{\rm l}\theta_{\Delta}$) $\simeq$ 1.46 and 1.32 for $\Delta =$ 500 and $\Delta_{\rm vir}$, respectively. The amplitude of this offset agrees well with that predicted by integrating an NFW model of cluster-scale halos along the line-of-sight.

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.

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 This paper presents the third data release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP), a wide-field multi-band imaging survey with the Subaru 8.2 m telescope. HSC-SSP has three survey layers (Wide, Deep, and UltraDeep) with different area coverages and depths, designed to address a wide array of astrophysical questions. This third release from HSC-SSP includes data from 278 nights of observing time and covers about 670 deg2 in all five broad-band filters (grizy) at the full depth (∼26 mag at 5σ depending on filter) in the Wide layer. If we include partially observed areas, the release covers 1470 deg2. The Deep and UltraDeep layers have $\sim\! 80\%$ of the originally planned integration times, and are considered done, as we have slightly changed the observing strategy in order to compensate for various time losses. There are a number of updates in the image processing pipeline. Of particular importance is the change in the sky subtraction algorithm; we subtract the sky on small scales before the detection and measurement stages, which has significantly reduced the number of false detections. Thanks to this and other updates, the overall quality of the processed data has improved since the previous release. However, there are limitations in the data (for example, the pipeline is not optimized for crowded fields), and we encourage the user to check the quality assurance plots as well as a list of known issues before exploiting the data. The data release website is 〈https://hsc-release.mtk.nao.ac.jp〉.

ABSTRACT The ‘miscentring effect’, i.e. the offset between a galaxy cluster’s optically defined centre and the centre of its gravitational potential, is a significant systematic effect on brightest cluster galaxy (BCG) studies and cluster lensing analyses. We perform a cross-match between the optical cluster catalogue from the Hyper Suprime-Cam (HSC) Survey S19A Data Release and the Sunyaev–Zeldovich cluster catalogue from Data Release 5 of the Atacama Cosmology Telescope (ACT). We obtain a sample of 186 clusters in common in the redshift range $0.1 \le z \le 1.4$ over an area of 469 deg$^2$. By modelling the distribution of centring offsets in this fiducial sample, we find a miscentred fraction (corresponding to clusters offset by more than 330 kpc) of ∼25 per cent, a value consistent with previous miscentring studies. We examine the image of each miscentred cluster in our sample and identify one of several reasons to explain the miscentring. Some clusters show significant miscentring for astrophysical reasons, i.e. ongoing cluster mergers. Others are miscentred due to non-astrophysical, systematic effects in the HSC data or the cluster-finding algorithm. After removing all clusters with clear, non-astrophysical causes of miscentring from the sample, we find a considerably smaller miscentred fraction, $\sim 10~\,\rm per\,cent$. We show that the gravitational lensing signal within 1 Mpc of miscentred clusters is considerably smaller than that of well-centred clusters, and we suggest that the ACT SZ centres are a better estimate of the true cluster potential centroid.