Some Early Results from the Dark Energy Survey R. Kessler - - PowerPoint PPT Presentation

Some ¡Early ¡Results ¡from ¡the ¡ Dark ¡Energy ¡Survey ¡

• R. ¡Kessler ¡

University ¡of ¡Chicago ¡ Fermilab ¡Users ¡Mee=ng ¡ June ¡11, ¡2015 ¡

1 ¡

Dynamics ¡

Friedman ¡ ¡ Equa=on ¡ ¡ for ¡grad ¡students ¡

Where ¡i ¡= ¡ ¡

• Ma/er ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡( ¡ ¡ ¡ ¡ ¡< ¡0) ¡
• Radia3on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡( ¡ ¡ ¡ ¡< ¡0) ¡
• dark ¡energy ¡( ¡ ¡ ¡ ¡> ¡0 ¡ ¡à ¡expansion) ¡

2 ¡

Dynamics ¡

Friedman ¡ ¡ Equa=on ¡ ¡ for ¡kids ¡

Where ¡i ¡= ¡ ¡

• Ma/er ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡( ¡ ¡ ¡ ¡ ¡< ¡0) ¡
• Radia3on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡( ¡ ¡ ¡ ¡< ¡0) ¡
• dark ¡energy ¡( ¡ ¡ ¡ ¡> ¡0 ¡ ¡à ¡expansion) ¡

3 ¡

Stuff ¡in ¡the ¡ universe ¡

4

Dark Energy

• What is the physical cause of cosmic acceleration?

– Dark Energy or modification of General Relativity?

68% ¡ 27% ¡ 5% ¡

If ¡w ¡= ¡−1 ¡(cosmological ¡constant) ¡

5 ¡

−12 ¡Gyr ¡ ¡ ¡ ¡(z=3) ¡ −8 ¡Gyr ¡ ¡ ¡(z=1) ¡

Chart ¡from ¡E. ¡Linder ¡

+11 ¡Gyr ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡+24 ¡Gyr ¡

Then ¡(Riess ¡et ¡al., ¡1998) ¡ ¡

¡

6 ¡

Then ¡(Riess ¡et ¡al., ¡1998) ¡ ¡ and ¡now ¡(Betoule ¡et ¡al., ¡2014) ¡

740 ¡SNe ¡Ia ¡(nearby+SDSS+SNLS) ¡ CMB ¡(Planck+WMAP) ¡ SNIa ¡+ ¡CMB ¡+ ¡BAO ¡

7 ¡

Recent ¡Results ¡on ¡w ¡ ¡

(joint ¡SDSS+SNLS ¡analysis, ¡2014) ¡

Combined ¡with ¡priors ¡from ¡CMB ¡& ¡BAO: ¡ ¡ ¡ w ¡= ¡−1.028 ¡± ¡0.055 ¡(stat+syst) ¡

8 ¡

¡

¡

• Weak Lensing cosmic shear Distances+growth
• Supernovae Distances
• Baryon Acoustic Oscillations Distances and H(z)
• Cluster counting Distances+growth

¡ 9 ¡

What does DES probe?

“Distances” ¡and ¡“Growth” ¡to ¡disentangle ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Dark ¡Energy ¡(new ¡stuff) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡from ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Modified ¡Gravity ¡(new ¡physics) ¡

10

3 ¡Construc=on ¡Projects: ¡ ¡

• DECam (led by Fermilab; DOE support; Flaugher et al 2015)
• Data Management System (NCSA-led; NSF support)
• CTIO Facilities Improvement Project (NSF/NOAO)

¡

11

Dark Energy Survey Collaboration

Fermilab, UIUC/NCSA, University of Chicago, LBNL, NOAO, University of Michigan, University

• f Pennsylvania, Argonne National Lab, Ohio

State University, Santa-Cruz/SLAC/Stanford, Texas A&M

Brazil ¡Consor=um ¡ UK ¡Consor=um: ¡

UCL, ¡Cambridge, ¡Edinburgh, ¡ Nomngham, ¡Portsmouth, ¡Sussex ¡

Spain ¡Consor=um: ¡

CIEMAT, ¡IEEC, ¡IFAE ¡

CTIO ¡

Ludwig-­‑Maximilians ¡Universität ¡

LMU ¡

ETH ¡Zurich ¡

~300 scientists US support from DOE+NSF

Timeline/Schedule ¡

12 ¡

2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 2012 ¡ 2013 ¡ 2014 ¡ NOAO ¡Blanco ¡Announcement ¡of ¡opportunity ¡

¡ R ¡& ¡D, ¡ Op=cal ¡ ¡ Corrector ¡ (5 ¡lenses) ¡ Camera ¡ ¡ Construc=on ¡ ¡

Imager ¡installed ¡at ¡CTIO, ¡ ¡First ¡light ¡Sep ¡12, ¡2012 ¡

Commissioning ¡and ¡Science ¡Verifica=on ¡ Survey ¡Opera=ons: ¡Season ¡1 ¡of ¡5 ¡ Community ¡ ¡ Time ¡ Survey ¡Opera=ons: ¡Season ¡2 ¡of ¡5 ¡

13

The Dark Energy Survey

• Probe origin of Cosmic

Acceleration:

– Distance vs. redshift – Growth of Structure

• Two multicolor surveys:
• 300 M galaxies over 5000 s.d;

grizY to 24th mag

• 3000 SNe Ia (30 sq deg)
• New camera for CTIO

Blanco 4m telescope Facility instrument

• Five-year Survey started
• Aug. 31, 2013

525 nights (Sept.-Feb.)

www.darkenergysurvey.org www.darkenergydetectives.org

DECam ¡on ¡the ¡CTIO ¡Blanco ¡4m ¡

HST ¡ CTIO ¡4m ¡ before ¡DECam ¡ CTIO ¡4m ¡ with ¡DECam ¡

LSST ¡ ¡8m ¡

Fields ¡of ¡View ¡

SDSS ¡2.5m ¡ ¡ (1/2 ¡area ¡in ¡gaps) ¡ M31 ¡ CFHT ¡4m ¡(SNLS) ¡

Pan ¡Starrs ¡1.8m ¡

15 ¡

New ¡red-­‑sensi=ve ¡camera ¡ ¡ (DECAM) ¡on ¡CTIO ¡4m ¡

DES ¡

Wavelength (nanometers)

400 500 600 700 800 900 1000

Total Transmission

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Wavelength (nanometers)

400 500 600 700 800 900 1000

Total Transmission

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

DES SNLS

g r i z

Snapshot ¡of ¡Early ¡DES ¡Results ¡

• 8 ¡ ¡published ¡papers ¡
• + ¡17 ¡ ¡submited ¡papers ¡
• + ¡lots ¡under ¡internal ¡review ¡
• No ¡DE ¡results ¡here, ¡but ¡will ¡show ¡a ¡few ¡

important ¡“stepping-­‑stone” ¡results. ¡

16 ¡

8 ¡New ¡Milky-­‑Way ¡Companions ¡

Bechtol ¡et ¡al, ¡2015 ¡(1503.02584) ¡ ¡

• 27 ¡known ¡prior ¡to ¡DES ¡
• Expect ¡hundreds ¡from ¡N-­‑body ¡sims ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(missing ¡satellite ¡problem) ¡

• 8 ¡new ¡is ¡significant ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(≈ ¡⅓ ¡DES ¡area, ¡1 ¡of ¡5 ¡seasons) ¡

• Poten=al ¡Dark ¡Mater ¡signal ¡from ¡

¡ ¡ ¡ ¡annihila=on ¡chain ¡to ¡γ-­‑rays ¡-­‑> ¡Fermi-­‑LAT: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡no ¡γ-­‑signal ¡(Drlica-­‑Wagner ¡et ¡al, ¡1503.02632) ¡ ¡

17 ¡

Example: ¡Milky-­‑Way ¡Companion ¡

DES ¡J0335.6-­‑5403 ¡ ¡

18 ¡

0.3 ¡deg ¡

α2000 ¡(deg) ¡ δ2000 ¡(deg) ¡ α2000 ¡(deg) ¡

Weak ¡Lensing ¡Mass ¡Map ¡(SV) ¡

Vikram ¡et ¡al, ¡2015 ¡ ¡(1504.03002) ¡

• Sensi=ve ¡to ¡growth ¡of ¡

structure ¡

• 139 ¡deg2 ¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡(3% ¡of ¡DES ¡area) ¡

• WL-­‑cluster ¡cross-­‑corr ¡

seen ¡at ¡6.8σ ¡ ¡

• Systema=cs ¡& ¡stat ¡

errors ¡comparable ¡

19 ¡

Automated ¡Scanning ¡for ¡Transients ¡

Goldstein ¡et ¡al, ¡2015 ¡(1504.02936) ¡

20 ¡

Transient ¡Science: ¡

• SNIa ¡for ¡cosmology ¡& ¡SN-­‑astrophysics ¡
• Core ¡collapse ¡SNe ¡
• Super-­‑luminous ¡SNe ¡ ¡(Papadopoulos ¡2015) ¡ ¡
• Kuiper ¡Belt ¡objects ¡(Gerdes ¡2015, ¡in ¡prep) ¡
• Ac=ve ¡Galac=c ¡Nuclei ¡
• Possible ¡Tidal ¡Disrup=on ¡Event ¡(Foley ¡2015) ¡

Automated ¡Scanning ¡for ¡Transients ¡

Goldstein ¡et ¡al, ¡2015 ¡(1504.02936) ¡

21 ¡

Genuine ¡Astrophysical ¡ Sources ¡

Automated ¡Scanning ¡for ¡Transients ¡

Goldstein ¡et ¡al, ¡2015 ¡(1504.02936) ¡

22 ¡

Genuine ¡Astrophysical ¡ Sources, ¡7% ¡ Subtrac=on ¡ar=fact, ¡93% ¡ ¡ (few ¡million ¡per ¡season) ¡

Automated ¡Scanning ¡for ¡Transients ¡

Goldstein ¡et ¡al, ¡2015 ¡(1504.02936) ¡

23 ¡

Genuine ¡Astrophysical ¡ Sources, ¡7% ¡ Subtrac=on ¡ar=fact, ¡93% ¡ ¡ (few ¡million ¡per ¡season) ¡ A{er ¡auto-­‑scan ¡on ¡Y1: ¡ 75% ¡genuine, ¡25% ¡ar=fact, ¡ ¡fake-­‑SN ¡loss ¡only ¡1% ¡

Galaxy ¡Photometric ¡Redshi{s ¡(SV) ¡

• C. ¡Sanches ¡et ¡al., ¡2014 ¡(1406.4407) ¡

24 ¡

Science ¡needing ¡photo-­‑z ¡

• BAO ¡with ¡300 ¡million ¡galaxies ¡
• Weak ¡Lensing ¡
• Clusters ¡
• Spec-­‑targe=ng ¡for ¡transients ¡

¡ Large ¡OzDES ¡program ¡to ¡collect ¡spec-­‑z ¡for ¡training ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(Yuan ¡et ¡al, ¡2015: ¡1504.03039) ¡

Galaxy ¡Photometric ¡Redshi{s ¡(SV) ¡

25 ¡

bias ¡ 1σ ¡ ¡precision ¡

Sa=sfies ¡ DES ¡req. ¡

Galaxy ¡Photometric ¡Redshi{s ¡(SV) ¡

26 ¡

2σ ¡outlier ¡frac=on ¡( ¡✔) ¡ 3σ ¡outlier ¡frac=on ¡(X) ¡

Precision ¡Calibra=on ¡

(Li ¡et ¡al, ¡in ¡prep) ¡

27 ¡

Wavelength ¡(nm) ¡ transmission ¡

Use ¡4-­‑band ¡“aTmCam” ¡to ¡measure ¡ atmosphere ¡transmission ¡every ¡ 30 ¡minutes ¡

Pr Preliminar eliminary

Precision ¡Calibra=on ¡

(Li ¡et ¡al, ¡in ¡prep) ¡

28 ¡

Wavelength ¡(nm) ¡ transmission ¡

Use ¡4-­‑band ¡“aTmCam” ¡to ¡measure ¡ atmosphere ¡transmission ¡every ¡ 30 ¡minutes ¡

Change ¡in ¡z-­‑band ¡mag ¡ ¡ Affect ¡of ¡Water ¡Vapor ¡Varia=on: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡mm ¡vs. ¡13 ¡mm ¡ 1% ¡

Pr Preliminar eliminary

Precision ¡Calibra=on ¡

(Li ¡et ¡al, ¡in ¡prep) ¡

29 ¡

Wavelength ¡(nm) ¡ transmission ¡

Use ¡4-­‑band ¡“aTmCam” ¡to ¡measure ¡ atmosphere ¡transmission ¡every ¡ 30 ¡minutes ¡

And ¡also: ¡ DECal ¡system ¡(Marshall ¡et ¡al, ¡in ¡prep) ¡to ¡measure ¡ DECam+telescope ¡efficiency ¡vs. ¡λ ¡and ¡focal ¡plane ¡posi=on ¡

Change ¡in ¡z-­‑band ¡mag ¡ ¡ Affect ¡of ¡Water ¡Vapor ¡Varia=on: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡mm ¡vs. ¡13 ¡mm ¡ 1% ¡

Pr Preliminar eliminary

Survey ¡Status ¡a{er ¡2 ¡seasons ¡

• Overall, ¡survey ¡going ¡very ¡well ¡
• Excellent ¡data ¡quality ¡
• About ¡10% ¡behind ¡on ¡area ¡(mostly ¡weather) ¡

30 ¡

Summary ¡of ¡Science ¡with ¡DES ¡

(list ¡keeps ¡growing) ¡

• For ¡Cosmology ¡: ¡

– Weak ¡Lensing ¡ – Strong ¡lensing ¡ – Baryon ¡Acous=c ¡Oscilla=ons ¡ – Cluster ¡counts ¡& ¡profiles ¡ – SNIa ¡Hubble ¡Diagram ¡ – Lensed ¡supernovae ¡ – Superluminous ¡supernovae ¡ – Reverbera=on ¡mapping ¡of ¡ black ¡holes ¡ – photometric ¡galaxy ¡redshi{s ¡ – photometric ¡SN ¡iden=fica=on ¡

• Astronomy ¡& ¡Astrophysics: ¡

– Superluminous ¡supernovae ¡ – First ¡quasars ¡ – Objects ¡in ¡the ¡outer ¡solar ¡ system ¡ – Galaxy ¡evolu=on ¡ – Gamma ¡Ray ¡Bursts ¡ – Gravita=onal ¡Waves ¡ – Magellanic ¡Clouds ¡