Abstract The Astropy Project supports and fosters the development of open-source and openly developed Python packages that provide commonly needed functionality to the astronomical community. A key element of the Astropy Project is the core package astropy , which serves as the foundation for more specialized projects and packages. In this article, we provide an overview of the organization of the Astropy project and summarize key features in the core package, as of the recent major release, version 2.0. We then describe the project infrastructure designed to facilitate and support development for a broader ecosystem of interoperable packages. We conclude with a future outlook of planned new features and directions for the broader Astropy Project.

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).

The merger of two neutron stars has been predicted to produce an optical-infrared transient (lasting a few days) known as a 'kilonova', powered by the radioactive decay of neutron-rich species synthesized in the merger. Evidence that short gamma-ray bursts also arise from neutron-star mergers has been accumulating. In models of such mergers a small amount of mass ($10^{-4}$-$10^{-2}$ solar masses) with a low electron fraction is ejected at high velocities (0.1-0.3 times light speed) and/or carried out by winds from an accretion disk formed around the newly merged object. This mass is expected to undergo rapid neutron capture (r-process) nucleosynthesis, leading to the formation of radioactive elements that release energy as they decay, powering an electromagnetic transient. A large uncertainty in the composition of the newly synthesized material leads to various expected colours, durations and luminosities for such transients. Observational evidence for kilonovae has so far been inconclusive as it was based on cases of moderate excess emission detected in the afterglows of gamma-ray bursts. Here we report optical to near-infrared observations of a transient coincident with the detection of the gravitational-wave signature of a binary neutron-star merger and of a low-luminosity short-duration gamma-ray burst. Our observations, taken roughly every eight hours over a few days following the gravitational-wave trigger, reveal an initial blue excess, with fast optical fading and reddening. Using numerical models, we conclude that our data are broadly consistent with a light curve powered by a few hundredths of a solar mass of low-opacity material corresponding to lanthanide-poor (a fraction of $10^{-4.5}$ by mass) ejecta.

We describe observed properties of the Type Iax class of supernovae (SNe Iax), consisting of SNe observationally similar to its prototypical member, SN 2002cx. The class currently has 25 members, and we present optical photometry and/or optical spectroscopy for most of them. SNe Iax are spectroscopically similar to SNe Ia, but have lower maximum-light velocities (2000 ≲ |v| ≲ 8000 km s−1), typically lower peak magnitudes (−14.2 ⩾ MV, peak ≳ −18.9 mag), and most have hot photospheres. Relative to SNe Ia, SNe Iax have low luminosities for their light-curve shape. There is a correlation between luminosity and light-curve shape, similar to that of SNe Ia, but offset from that of SNe Ia and with larger scatter. Despite a host-galaxy morphology distribution that is highly skewed to late-type galaxies without any SNe Iax discovered in elliptical galaxies, there are several indications that the progenitor stars are white dwarfs (WDs): evidence of C/O burning in their maximum-light spectra, low (typically ∼0.5 M☉) ejecta masses, strong Fe lines in their late-time spectra, a lack of X-ray detections, and deep limits on massive stars and star formation at the SN sites. However, two SNe Iax show strong He lines in their spectra. The progenitor system and explosion model that best fits all of the data is a binary system of a C/O WD that accretes matter from a He star and has a deflagration. At least some of the time, this explosion will not disrupt the WD. The small number of SNe in this class prohibit a detailed analysis of the homogeneity and heterogeneity of the entire class. We estimate that in a given volume there are SNe Iax for every 100 SNe Ia, and for every 1 M☉ of iron generated by SNe Ia at z = 0, SNe Iax generate ∼0.036 M☉. Being the largest class of peculiar SNe, thousands of SNe Iax will be discovered by LSST. Future detailed observations of SNe Iax should further our understanding of both their progenitor systems and explosions as well as those of SNe Ia.

High-quality collections of Type II supernova (SN) light curves are scarce because they evolve for hundreds of days, making follow-up observations time consuming and often extending over multiple observing seasons. In light of these difficulties, the diversity of SNe II is not fully understood. Here we present ultraviolet and optical photometry of 12 SNe II monitored by the Las Cumbres Observatory Global Telescope Network during 2013 to 2014, and compare them with previously studied SNe having well-sampled light curves. We explore SN II diversity by searching for correlations between the slope of the linear light-curve decay after maximum light (historically used to divide SNe II into IIL and IIP) and other measured physical properties. While SNe IIL are found to be on average more luminous than SNe IIP, SNe IIL do not appear to synthesize more 56Ni than SNe IIP. Finally, optical nebular spectra obtained for several SNe in our sample are found to be consistent with models of red supergiant progenitors in the 12–16 M⊙ range. Consequently, SNe IIL appear not to account for the deficit of massive red supergiants as SN II progenitors.

In 1964, Refsdal hypothesized that a supernova whose light traversed multiple paths around a strong gravitational lens could be used to measure the rate of cosmic expansion. We report the discovery of such a system. In Hubble Space Telescope imaging, we have found four images of a single supernova forming an Einstein cross configuration around a redshift z=0.54 elliptical galaxy in the MACS J1149.6+2223 cluster. The cluster's gravitational potential also creates multiple images of the z=1.49 spiral supernova host galaxy, and a future appearance of the supernova elsewhere in the cluster field is expected. The magnifications and staggered arrivals of the supernova images probe the cosmic expansion rate, as well as the distribution of matter in the galaxy and cluster lenses.

In Hubble Space Telescope (HST) imaging taken on 10 November 2014, four images of supernova (SN) "Refsdal" (redshift z=1.49) appeared in an Einstein-cross--like configuration (images S1-S4) around an early-type galaxy in the cluster MACS J1149.5+2223 (z=0.54). Almost all lens models of the cluster have predicted that the SN should reappear within a year in a second host-galaxy image created by the cluster's potential. In HST observations taken on 11 December 2015, we find a new source at the predicted position of the new image of SN Refsdal approximately 8" from the previous images S1-S4. This marks the first time the appearance of a SN at a particular time and location in the sky was successfully predicted in advance! We use these data and the light curve from the first four observed images of SN Refsdal to place constraints on the relative time delay and magnification of the new image (SX), compared to images S1-S4. This enables us, for the first time, to test "blind" lens model predictions of both magnifications and time delays for a lensed SN. We find that the timing and brightness of the new image are consistent with the blind predictions of a fraction of the models. The reappearance illustrates the discriminatory power of this blind test and its utility to uncover sources of systematic uncertainty. From planned HST photometry, we expect to reach a precision of 1-2% on the time delay between S1-S4 and SX.

The gravitationally lensed supernova Refsdal appeared in multiple images produced through gravitational lensing by a massive foreground galaxy cluster. After the supernova appeared in 2014, lens models of the galaxy cluster predicted that an additional image of the supernova would appear in 2015, which was subsequently observed. We use the time delays between the images to perform a blinded measurement of the expansion rate of the Universe, quantified by the Hubble constant ( H 0 ). Using eight cluster lens models, we infer H 0 = 64.8 − 4.3 + 4.4  kilometers per second per megaparsec . Using the two models most consistent with the observations, we find H 0 = 66.6 − 3.3 + 4.1  kilometers per second per megaparsec . The observations are best reproduced by models that assign dark-matter halos to individual galaxies and the overall cluster.