We present the first cosmology results from large-scale structure using the full 5000 deg2 of imaging data from the Dark Energy Survey (DES) Data Release 1. We perform an analysis of large-scale structure combining three two-point correlation functions (3×2pt): (i) cosmic shear using 100 million source galaxies, (ii) galaxy clustering, and (iii) the cross-correlation of source galaxy shear with lens galaxy positions, galaxy–galaxy lensing. To achieve the cosmological precision enabled by these measurements has required updates to nearly every part of the analysis from DES Year 1, including the use of two independent galaxy clustering samples, modeling advances, and several novel improvements in the calibration of gravitational shear and photometric redshift inference. The analysis was performed under strict conditions to mitigate confirmation or observer bias; we describe specific changes made to the lens galaxy sample following unblinding of the results and tests of the robustness of our results to this decision. We model the data within the flat ΛCDM and wCDM cosmological models, marginalizing over 25 nuisance parameters. We find consistent cosmological results between the three two-point correlation functions; their combination yields clustering amplitude S8=0.776+0.017−0.017 and matter density Ωm=0.339+0.032−0.031 in ΛCDM, mean with 68% confidence limits; S8=0.775+0.026−0.024, Ωm=0.352+0.035−0.041, and dark energy equation-of-state parameter w=−0.98+0.32−0.20 in wCDM. These constraints correspond to an improvement in signal-to-noise of the DES Year 3 3×2pt data relative to DES Year 1 by a factor of 2.1, about 20% more than expected from the increase in observing area alone. This combination of DES data is consistent with the prediction of the model favored by the Planck 2018 cosmic microwave background (CMB) primary anisotropy data, which is quantified with a probability-to-exceed p=0.13–0.48. We find better agreement between DES 3×2pt and Planck than in DES Y1, despite the significantly improved precision of both. When combining DES 3×2pt data with available baryon acoustic oscillation, redshift-space distortion, and type Ia supernovae data, we find p=0.34. Combining all of these datasets with Planck CMB lensing yields joint parameter constraints of S8=0.812+0.008−0.008, Ωm=0.306+0.004−0.005, h=0.680+0.004−0.003, and ∑mν<0.13 eV (95% C.L.) in ΛCDM; S8=0.812+0.008−0.008, Ωm=0.302+0.006−0.006, h=0.687+0.006−0.007, and w=−1.031+0.030−0.027 in wCDM.21 MoreReceived 1 June 2021Accepted 22 October 2021DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.023520© 2022 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasCosmological parametersCosmologyDark energyDark matterPhysical SystemsLarge scale structure of the UniverseGravitation, Cosmology & Astrophysics

We perform a comprehensive study of Milky Way (MW) satellite galaxies to constrain the fundamental properties of dark matter (DM). This analysis fully incorporates inhomogeneities in the spatial distribution and detectability of MW satellites and marginalizes over uncertainties in the mapping between galaxies and DM halos, the properties of the MW system, and the disruption of subhalos by the MW disk. Our results are consistent with the cold, collisionless DM paradigm and yield the strongest cosmological constraints to date on particle models of warm, interacting, and fuzzy dark matter. At 95% confidence, we report limits on (i) the mass of thermal relic warm DM, mWDM>6.5 keV (free-streaming length, λfs≲10h−1 kpc), (ii) the velocity-independent DM-proton scattering cross section, σ0<8.8×10−29 cm2 for a 100 MeV DM particle mass [DM-proton coupling, cp≲(0.3 GeV)−2], and (iii) the mass of fuzzy DM, mϕ>2.9×10−21 eV (de Broglie wavelength, λdB≲0.5 kpc). These constraints are complementary to other observational and laboratory constraints on DM properties.Received 30 July 2020Revised 12 December 2020Accepted 27 January 2021DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.091101© 2021 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasDark matterParticle dark matterPhysical SystemsGalactic halosGravitation, Cosmology & Astrophysics

We present constraints on extensions of the minimal cosmological models dominated by dark matter and dark energy, $\Lambda$CDM and $w$CDM, by using a combined analysis of galaxy clustering and weak gravitational lensing from the first-year data of the Dark Energy Survey (DES Y1) in combination with external data. We consider four extensions of the minimal dark energy-dominated scenarios: 1) nonzero curvature $\Omega_k$, 2) number of relativistic species $N_{\rm eff}$ different from the standard value of 3.046, 3) time-varying equation-of-state of dark energy described by the parameters $w_0$ and $w_a$ (alternatively quoted by the values at the pivot redshift, $w_p$, and $w_a$), and 4) modified gravity described by the parameters $\mu_0$ and $\Sigma_0$ that modify the metric potentials. We also consider external information from Planck CMB measurements; BAO measurements from SDSS, 6dF, and BOSS; RSD measurements from BOSS; and SNIa information from the Pantheon compilation. Constraints on curvature and the number of relativistic species are dominated by the external data; when these are combined with DES Y1, we find $\Omega_k=0.0020^{+0.0037}_{-0.0032}$ at the 68% confidence level, and $N_{\rm eff}<3.28\, (3.55)$ at 68% (95%) confidence. For the time-varying equation-of-state, we find the pivot value $(w_p, w_a)=(-0.91^{+0.19}_{-0.23}, -0.57^{+0.93}_{-1.11})$ at pivot redshift $z_p=0.27$ from DES alone, and $(w_p, w_a)=(-1.01^{+0.04}_{-0.04}, -0.28^{+0.37}_{-0.48})$ at $z_p=0.20$ from DES Y1 combined with external data; in either case we find no evidence for the temporal variation of the equation of state. For modified gravity, we find the present-day value of the relevant parameters to be $\Sigma_0= 0.43^{+0.28}_{-0.29}$ from DES Y1 alone, and $(\Sigma_0, \mu_0)=(0.06^{+0.08}_{-0.07}, -0.11^{+0.42}_{-0.46})$ from DES Y1 combined with external data, consistent with predictions from GR.

We present an improved measurement of the Hubble constant (H_0) using the 'inverse distance ladder' method, which adds the information from 207 Type Ia supernovae (SNe Ia) from the Dark Energy Survey (DES) at redshift 0.018 < z < 0.85 to existing distance measurements of 122 low redshift (z < 0.07) SNe Ia (Low-z) and measurements of Baryon Acoustic Oscillations (BAOs). Whereas traditional measurements of H_0 with SNe Ia use a distance ladder of parallax and Cepheid variable stars, the inverse distance ladder relies on absolute distance measurements from the BAOs to calibrate the intrinsic magnitude of the SNe Ia. We find H_0 = 67.8 +/- 1.3 km s-1 Mpc-1 (statistical and systematic uncertainties, 68% confidence). Our measurement makes minimal assumptions about the underlying cosmological model, and our analysis was blinded to reduce confirmation bias. We examine possible systematic uncertainties and all are below the statistical uncertainties. Our H_0 value is consistent with estimates derived from the Cosmic Microwave Background assuming a LCDM universe (Planck Collaboration et al. 2018).

Abstract We present the Ly α Continuum Analysis Network (LyCAN), a convolutional neural network that predicts the unabsorbed quasar continuum within the rest-frame wavelength range of 1040–1600 Å based on the red side of the Ly α emission line (1216–1600 Å). We developed synthetic spectra based on a Gaussian mixture model representation of nonnegative matrix factorization (NMF) coefficients. These coefficients were derived from high-resolution, low-redshift ( z < 0.2) Hubble Space Telescope/Cosmic Origins Spectrograph (COS) quasar spectra. We supplemented this COS-based synthetic sample with an equal number of DESI Year 5 mock spectra. LyCAN performs extremely well on testing sets, achieving a median error in the forest region of 1.5% on the DESI mock sample, 2.0% on the COS-based synthetic sample, and 4.1% on the original COS spectra. LyCAN outperforms principal component analysis (PCA) and NMF-based prediction methods using the same training set by 40% or more. We predict the intrinsic continua of 83,635 DESI Year 1 spectra in the redshift range of 2.1 ≤ z ≤ 4.2 and perform an absolute measurement of the evolution of the effective optical depth. This is the largest sample employed to measure the optical depth evolution to date. We fit a power law of the form τ  ( z ) = τ 0 ( 1 + z ) γ  to our measurements and find τ 0 = (2.46 ± 0.14) × 10 −3 and γ = 3.62 ± 0.04. Our results show particular agreement with high-resolution, ground-based observations around z = 2, indicating that LyCAN is able to predict the quasar continuum in the forest region with only spectral information outside the forest.

ABSTRACT Cosmological analyses using galaxy clusters in optical/near-infrared photometric surveys require robust characterization of their galaxy content. Precisely determining which galaxies belong to a cluster is crucial. In this paper, we present the COlor Probabilistic Assignment of Clusters And BAyesiaNAnalysis (Copacabana) algorithm. Copacabana computes membership probabilities for all galaxies within an aperture centred on the cluster using photometric redshifts, colours, and projected radial probability density functions. We use simulations to validate Copacabana and we show that it achieves up to 89 per cent membership accuracy with a mild dependence on photometric redshift uncertainties and choice of aperture size. We find that the precision of the photometric redshifts has the largest impact on the determination of the membership probabilities followed by the choice of the cluster aperture size. We also quantify how much these uncertainties in the membership probabilities affect the stellar mass–cluster mass scaling relation, a relation that directly impacts cosmology. Using the sum of the stellar masses weighted by membership probabilities ($\rm \mu _{\star }$) as the observable, we find that Copacabana can reach an accuracy of 0.06 dex in the measurement of the scaling relation at low redshift for a Legacy Survey of Space and Time type survey. These results indicate the potential of Copacabana and $\rm \mu _{\star }$ to be used in cosmological analyses of optically selected clusters in the future.