Dark Energy Survey 47 th Fermilab Users Mee2ng, June 2014 - PowerPoint PPT Presentation

Dark ¡Energy ¡Survey ¡ 47 th ¡ ¡Fermilab ¡Users ¡Mee2ng, ¡June ¡2014 ¡ Marisa ¡Cris2na ¡March ¡ ¡ on ¡ ¡behalf ¡of ¡ ¡ The ¡Dark ¡Energy ¡Survey ¡Collabora2on ¡ Image ¡credit: ¡FNAL ¡ 25 ¡ins2tu2ons ¡ ~300 ¡scien2sts ¡ mamarch@sas.upenn.edu University of Pennsylvania 1 ¡

Dark ¡energy ¡and ¡cosmic ¡accelera2on ¡ Pre ¡1998: ¡Hubble’s ¡expanding ¡Universe ¡ Post ¡1998: ¡Accelera2ng ¡Universe ¡ 2011 ¡Nobel ¡Prize ¡in ¡Physics: ¡Accelera2on! ¡ velocity ! “nothing ¡short ¡of ¡a ¡revolu2on ¡in ¡our ¡ understanding ¡of ¡fundamental ¡physics ¡will ¡be ¡ required ¡to ¡achieve ¡a ¡full ¡understanding ¡of ¡the ¡ cosmic ¡accelera2on. ¡…. ¡the ¡nature ¡of ¡dark ¡energy ¡ ranks ¡among ¡the ¡very ¡most ¡compelling ¡of ¡all ¡ outstanding ¡problems ¡in ¡physical ¡science ¡ ¡…. ¡ ¡ demand ¡an ¡ambi2ous ¡observa2onal ¡program ¡to ¡ distance ! determine ¡the ¡dark ¡energy ¡proper2es ¡as ¡well ¡as ¡ possible.” ¡ (Dark ¡Energy ¡Task ¡Force, ¡June ¡2006 ¡) ¡ 2 ¡

Dark ¡energy ¡parameters ¡and ¡current ¡ combined ¡constraints ¡ Dark ¡energy ¡equa2on ¡of ¡state: ¡ Dark ¡energy ¡eq. ¡of ¡state, ¡w ¡ • Ra2o ¡of ¡dark ¡energy ¡ ¡ w = p pressure ¡to ¡density. ¡ ρ • Does ¡w ¡evolve ¡with ¡ redshiT? ¡ 1 w ( z ) = w 0 + w a (1 + z ) Plots: ¡M. ¡Betoule ¡et ¡al ¡2014 ¡ wa ¡ MaRer ¡density ¡ • Dark ¡energy ¡is ¡best ¡constrained ¡by ¡ combining ¡different ¡types ¡of ¡observa2ons. ¡ • What ¡is ¡best ¡dark ¡energy ¡model? ¡ • Dark ¡energy ¡or ¡modified ¡gravity? ¡ • Cosmological ¡constant? ¡ w0 ¡ 3 ¡

A ¡biography ¡of ¡the ¡Dark ¡Energy ¡Survey ¡ 1998 ¡ Discovery ¡of ¡Universal ¡ accelera2on ¡– ¡dark ¡energy? ¡ 2003 ¡ DECam ¡and ¡the ¡Dark ¡Energy ¡ Survey ¡(DES) ¡proposed. ¡ 2008 ¡ DECam ¡and ¡DES ¡approved. ¡ 2008-­‑12 ¡ Construc2on ¡of ¡parts. ¡ 2010-­‑11 ¡ Shipping ¡of ¡parts ¡to ¡the ¡ telescope ¡at ¡CTIO ¡in ¡Chile. ¡ ¡ 2010-­‑12 ¡ Assembly ¡at ¡telescope. ¡ Sept ¡2012 ¡ First ¡Light ¡– ¡Science ¡ Verifica2on ¡commences. ¡ Sept ¡2013 ¡ Year ¡1 ¡of ¡survey ¡begins. ¡ Aug ¡2014 ¡ Year ¡2 ¡of ¡survey ¡begins. ¡ Image ¡credit: ¡FNAL ¡ 4 ¡

Dark ¡Energy ¡Camera: ¡DECam ¡ DECam: ¡mounted ¡on ¡the ¡Blanco ¡telescope ¡ Right: ¡Dark ¡ Energy ¡Camera ¡ focal ¡plane. ¡ Below: ¡Single ¡ DECam ¡image ¡ with ¡moon ¡ superimposed ¡ to ¡scale. ¡ The ¡570 ¡megapixel ¡Dark ¡Energy ¡Camera ¡was ¡built ¡to ¡ carry ¡out ¡an ¡imaging ¡survey ¡to ¡probe ¡the ¡nature ¡of ¡ Image ¡credit: ¡FNAL ¡ dark ¡energy. ¡The ¡aim ¡is ¡to ¡move ¡from ¡dark ¡energy ¡ discovery ¡to ¡precision ¡measurements ¡of ¡dark ¡ energy. ¡ 5 ¡

Dark ¡Energy ¡Survey ¡(DES) ¡ DES ¡is ¡inves2ga2ng ¡the ¡nature ¡of ¡dark ¡ energy ¡using ¡four ¡different ¡types ¡of ¡ wa ¡ This ¡plot ¡to ¡be ¡updated ¡ measurements: ¡ 1. Supernovae ¡type ¡Ia ¡ 2. Weak ¡gravita2onal ¡lensing ¡of ¡galaxies. ¡ 3. Large ¡Scale ¡Structure. ¡ 4. Galaxy ¡cluster ¡measurements. ¡ w0 ¡ Survey: ¡ -­‑ ¡5000 ¡square ¡degrees ¡ -­‑525 ¡nights ¡over ¡5 ¡seasons. ¡ -­‑10 ¡supernovae ¡fields. ¡ 6 ¡

Using ¡standard ¡candles ¡to ¡measure ¡ dark ¡energy ¡ If ¡you ¡have ¡objects ¡of ¡a ¡standard ¡brightness, ¡you ¡can ¡ work ¡out ¡how ¡far ¡away ¡they ¡are ¡based ¡on ¡how ¡bright ¡ they ¡appear ¡to ¡be. ¡ Define ¡the ¡‘observed’ ¡distance ¡modulus, ¡to ¡be ¡the ¡ difference ¡between ¡the ¡apparent ¡(observed) ¡and ¡absolute ¡ magnitudes ¡(brightness) ¡of ¡your ¡standard ¡object: ¡ µ observed = m B − M 0 absolute ¡magnitude ¡ Recipe: ¡ apparent ¡magnitude ¡ dark ¡energy ¡ (1) Measure ¡the ¡apparent ¡ The ¡theore2cal ¡distance ¡modulus ¡depends ¡on ¡ ¡equa2on ¡of ¡ magnitude. ¡ the ¡redshid ¡and ¡the ¡cosmological ¡parameters: ¡ state ¡ (2) Measure ¡the ¡redshid. ¡ µ theory = f { z, Ω m , Ω κ , Ω Λ , w ( z ) } (3) Work ¡out ¡what ¡values ¡the ¡ cosmological ¡parameters ¡ must ¡be ¡to ¡get: ¡ redshid ¡ ¡ curvature ¡ maeer ¡ dark ¡energy ¡ µ theory = µ observed ¡ ¡density ¡ density ¡ ¡density ¡ ¡ 7 ¡

Using ¡supernovae ¡type ¡Ia ¡as ¡standard ¡candles ¡ ¡ We ¡use ¡the ¡stretch ¡and ¡color ¡of ¡the ¡SNe ¡light ¡ curves ¡to ¡apply ¡small ¡correc2ons ¡to ¡(i.e. ¡to ¡ standardize) ¡their ¡brightness. ¡ stretch ¡ µ observed = m B − M 0 + α x 1 − β c color ¡ nuisance ¡parameters ¡ SNe ¡Ia ¡thermonuclear ¡ explosions ¡come ¡from ¡white ¡ dwarf ¡binary ¡mass ¡transfer. ¡ magnitude ¡ days ¡ 8 ¡

Type ¡Ia ¡supernovae ¡search ¡with ¡DES ¡ SNe ¡Survey ¡opera2ons: ¡ 1. Before ¡survey, ¡make ¡‘templates’. ¡ 2. During ¡survey, ¡visit ¡each ¡SNe ¡field ¡a ¡ minimum ¡of ¡once ¡every ¡seven ¡days. ¡ First ¡SN ¡ 3. Subtract ¡the ¡‘template ¡image’ ¡from ¡the ¡ confirmed ¡ new ¡‘search ¡image’ ¡and ¡look ¡for ¡SNe ¡ by ¡DES, ¡ ¡ candidates ¡using ¡human ¡scanning ¡and ¡ machine ¡learning. ¡ ¡ z ¡=0.2 ¡(AAT) ¡ Template ¡ 4. Classify ¡candidates ¡using ¡a ¡light ¡curve ¡ photometric ¡typer. ¡ Expected ¡yield: ¡ 5. Monitor ¡pipeline ¡by ¡injec2ng ¡fake ¡ ~4000 ¡SNe ¡to ¡ events. ¡ be ¡discovered ¡ 6. Follow ¡up ¡~10% ¡of ¡SNe ¡Ia ¡candidates ¡ over ¡5-­‑years. ¡ spectroscopically. ¡ ¡Follow ¡up ¡all ¡host ¡ ¡ galaxies ¡at ¡a ¡later ¡date ¡to ¡get ¡a ¡ Challenge: ¡ Photometrically ¡ spectroscopic ¡redshid. ¡(Non ¡DES ¡ classifying ¡SNe ¡ instruments) ¡ ¡ ¡ Search ¡ Ia ¡without ¡SN ¡ spectra. ¡ 9 ¡

A ¡shallow ¡field ¡DES ¡light ¡curve ¡z=0.32 ¡ ¡ g-­‑band ¡ r-­‑band ¡ Data ¡points: ¡ search ¡ photometry ¡ from ¡ subtracted ¡ DES ¡images. ¡ Flux ¡ ¡ Solid ¡lines: ¡ i-­‑band ¡ z-­‑band ¡ Fit ¡to ¡SALT2 ¡ light ¡curve ¡ model. ¡ ¡ ¡ ¡ Days ¡ ¡ Graphics: ¡C. ¡D’Andrea, ¡ICG ¡Portsmouth ¡ 10 ¡

A ¡deep ¡field ¡DES ¡light ¡curve ¡z=0.35 ¡ ¡ g-­‑band ¡ r-­‑band ¡ Data ¡points: ¡ search ¡ photometry ¡ from ¡ subtracted ¡ DES ¡images. ¡ Flux ¡ ¡ Solid ¡lines: ¡ i-­‑band ¡ z-­‑band ¡ Fit ¡to ¡SALT2 ¡ light ¡curve ¡ model. ¡ ¡ ¡ ¡ Days ¡ ¡ 11 ¡ Graphics: ¡C. ¡D’Andrea, ¡ICG ¡Portsmouth ¡

A ¡high ¡redshid ¡DES ¡light ¡curve: ¡z=0.9 ¡ ¡ [Deep ¡field] ¡ DES13X3jce g-band r-band 1500 Host specz = 0.9099 g-­‑band ¡ r-­‑band ¡ Flux (nJy) 1000 Data ¡points: ¡ search ¡ 500 photometry ¡ from ¡ 0 Flux ¡ subtracted ¡ DES ¡images. ¡ i-band z-band 1500 ¡ Solid ¡lines: ¡ i-­‑band ¡ z-­‑band ¡ 1000 Flux (nJy) Fit ¡to ¡SALT2 ¡ light ¡curve ¡ 500 model. ¡ ¡ ¡ ¡ 0 -40 -20 0 20 40 60 80 -40 -20 0 20 40 60 80 Observer Phase (days) Observer Phase (days) Days ¡ ¡ Graphics: ¡C. ¡D’Andrea, ¡ICG ¡Portsmouth ¡ 12 ¡

Pre-­‑DES ¡ 1 st ¡year ¡DES ¡ Conley ¡et ¡al ¡2011 ¡(adapted) ¡ RedshiT, ¡z ¡ RedshiT, ¡z ¡ • Above ¡Hubble ¡plot ¡is ¡from ¡a ¡compila2on ¡ • 1 st ¡Year ¡DES ¡SNe ¡survey ¡yielded ¡ of ¡475 ¡SNe ¡Ia ¡from ¡four ¡different ¡ ~800 ¡Sne ¡type ¡Ia ¡light ¡curves ¡that ¡ surveys. ¡(Current ¡largest ¡compila2on ¡ pass ¡selec2on ¡and ¡quality ¡cuts. ¡ uses ¡~800 ¡SNe ¡Ia) ¡ • Expected ¡5 ¡year ¡yield: ¡~3500 ¡SNe ¡ type ¡Ia. ¡ 13 ¡