The tidy classification system that divided γ-ray bursts (GRBs) into long-duration busts (lasting more than two seconds) and short may have had its day. The final nail in its coffin may be GRB 060614. Discovered on 14 June 2006 by the Burst Alert Telescope on-board the Swift satellite, this burst was long, at 102 seconds, but as reported in a clutch of papers in this issue, it has a number of properties, including the absence of an accompanying supernova, that were previously considered diagnostic of a 'short' GRB. The hunt is now on for a classification system to take account of the diversity now apparent in GRBs. In the accompanying News & Views, Bing Zhang suggests that the answer may be to adopt a Type I/Type II classification similar to that used for supernovae. Optical observations of γ-ray burst (GRB) 060614 (duration ∼100s) rule out the presence of an associated supernova. This would seem to require a new explosive process: either a massive 'collapsar' that powers a GRB without any associated supernova, or a new type of engine, as long-lived as the collapsar but without a massive star. Over the past decade, our physical understanding of γ-ray bursts (GRBs) has progressed rapidly, thanks to the discovery and observation of their long-lived afterglow emission. Long-duration (≳2 s) GRBs are associated with the explosive deaths of massive stars (‘collapsars’, ref. 1), which produce accompanying supernovae2,3,4,5; the short-duration (≲2 s) GRBs have a different origin, which has been argued to be the merger of two compact objects6,7,8,9. Here we report optical observations of GRB 060614 (duration ∼100 s, ref. 10) that rule out the presence of an associated supernova. This would seem to require a new explosive process: either a massive collapsar that powers a GRB without any associated supernova, or a new type of ‘engine’, as long-lived as the collapsar but without a massive star. We also show that the properties of the host galaxy (redshift z = 0.125) distinguish it from other long-duration GRB hosts and suggest that an entirely new type of GRB progenitor may be required.

We study the mass distribution of a sample of 28 galaxy clusters using strong and weak lensing observations. The clusters are selected via their strong lensing properties as part of the Sloan Giant Arcs Survey (SGAS) from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Mass modelling of the strong lensing information from the giant arcs is combined with weak lensing measurements from deep Subaru/Suprime-cam images to primarily obtain robust constraints on the concentration parameter and the shape of the mass distribution. We find that the concentration cvir is a steep function of the mass, cvir∝M−0.59±0.12vir, with the value roughly consistent with the lensing-bias-corrected theoretical expectation for high-mass (∼1015 h−1 M⊙) clusters. However, the observationally inferred concentration parameters appear to be much higher at lower masses (∼1014 h−1 M⊙), possibly a consequence of the modification to the inner density profiles provided by baryon cooling. The steep mass–concentration relation is also supported from direct stacking analysis of the tangential shear profiles. In addition, we explore the 2D shape of the projected mass distribution by stacking weak lensing shear maps of individual clusters with prior information on the position angle from strong lens modelling, and find significant evidence for a large mean ellipticity with the best-fitting value of 〈e〉= 0.47 ± 0.06 for the mass distribution of the stacked sample. We find that the luminous cluster member galaxy distribution traces the overall mass distribution very well, although the distribution of fainter cluster galaxies appears to be more extended than the total mass.

Gravitational lensing by clusters of galaxies offers a powerful probe of their structure and mass distribution. Deriving a lens magnification map for a galaxy cluster is a classic inversion problem and many methods have been developed over the past two decades to solve it. Several research groups have developed techniques independently to map the predominantly dark matter distribution in cluster lenses. While these methods have all provided remarkably high precision mass maps, particularly with exquisite imaging data from the Hubble Space Telescope (HST), the reconstructions themselves have never been directly compared. In this paper, we report the results of comparing various independent lens modeling techniques employed by individual research groups in the community. Here we present for the first time a detailed and robust comparison of methodologies for fidelity, accuracy and precision. For this collaborative exercise, the lens modeling community was provided simulated cluster images -- of two clusters Ares and Hera -- that mimic the depth and resolution of the ongoing HST Frontier Fields. The results of the submitted reconstructions with the un-blinded true mass profile of these two clusters are presented here. Parametric, free-form and hybrid techniques have been deployed by the participating groups and we detail the strengths and trade-offs in accuracy and systematics that arise for each methodology. We note in conclusion that lensing reconstruction methods produce reliable mass distributions that enable the use of clusters as extremely valuable astrophysical laboratories and cosmological probes.

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.

The Cosmic Gems arc is among the brightest and highly magnified galaxies observed at redshift z ∼ 10.21. However, it is an intrinsically UV faint galaxy, in the range of those now thought to drive the reionization of the universe2–4. Hitherto the smallest features resolved in a galaxy at a comparable redshift are between a few hundreds and a few tens of parsecs5,6. Here we report JWST observations of the Cosmic Gems. The light of the galaxy is resolved into five star clusters located in a region smaller than 70 parsec. They exhibit minimal dust attenuation and low metallicity, ages younger than 50 Myr and intrinsic masses of ∼ 106 M⊙. Their lensing-corrected sizes are approximately 1 pc, resulting in stellar surface densities near 105 M⊙ /pc2, three orders of magnitude higher than typical young star clusters in the local universe7. Despite the uncertainties inherent to the lensing model, they are consistent with being gravitationally bound stellar systems, i.e., proto-globular clusters (proto-GCs). We conclude that star cluster formation and feedback likely contributed to 3 shape the properties of galaxies during the epoch of reionization.

In the cold dark matter (CDM) paradigm, an association between the hypothetic dark matter (DM) and its stellar counterpart is expected. However, parametric strong-lensing studies of galaxy clusters often display misleading features: DM components on the group or cluster scale without any stellar counterpart, offsets between the two components that are larger than what might be allowed by CDM or self-interacting DM models, or significant unexplained external shear components. This is the case in the galaxy cluster Abell 370, whose mass distribution has been the subject of several studies that were motivated by a wealth of data. The cluster was described parametrically with strong-lensing techniques by a model with four dark matter clumps and galaxy-scale perturbers, and with a significant external shear component, whose physical origin remains a challenge. The dark matter distribution features a mass clump without a stellar counterpart and a significant offset between one of the dark matter clumps and its associated stellar counterpart. This paper is based on BUFFALO data, and we begin by revisiting this mass model. Sampling this complex parameter space with Markov chain Monte Carlo (MCMC) techniques, we find a solution that does not require any external shear and provides a slightly better root mean square (RMS) than previous models (0.7″ compared to 0.9″). Investigating this new solution further, in particular, by varying the parameters that lead the MCMC sampler, we present a class of models that can accurately reproduce the strong-lensing data, but whose parameters for the dark matter component are poorly constrained. This limits any insights into its properties. We then developed a model in which each large-scale dark matter component must be associated with a stellar counterpart. This model with three dark matter clumps cannot reproduce the observational constraints with an RMS smaller than 2.3″, and the parameters describing this dark matter component remain poorly constrained. Examining the total projected mass maps, we find a good agreement between the total mass and the stellar distribution, which are both bimodal to first order. We interpret the misleading features of the mass model with four dark matter clumps and the failure of the mass model with three dark matter clumps as being symptomatic of the lacking realism of a parametric description of the dark matter distribution in such a complex merging cluster. We encourage caution and attention on the outputs of parametric strong-lensing modelling. We briefly discuss the implications of our results for using Abell 370 as a gravitational telescope. With the class of models that reproduce the strong- lensing data, we computed the magnifications for background Ly α emitters, and we present the critical curves obtained for the redshift of the Dragon arc, whose recent observations with the James Webb Space Telescope prompted interest. Finally, in light of our results, we discuss the strategy of choosing merging (multi-modal) clusters as gravitational telescopes compared to simple (unimodal) clusters.

ABSTRACT We present an extension to a Sunyaev–Zel’dovich Effect (SZE) selected cluster catalogue based on observations from the South Pole Telescope (SPT); this catalogue extends to lower signal to noise than the previous SPT–SZ catalogue and therefore includes lower mass clusters. Optically derived redshifts, centres, richnesses, and morphological parameters together with catalogue contamination and completeness statistics are extracted using the multicomponent matched filter (MCMF) algorithm applied to the S/N > 4 SPT–SZ candidate list and the Dark Energy Survey (DES) photometric galaxy catalogue. The main catalogue contains 811 sources above S/N = 4, has 91 per cent purity, and is 95 per cent complete with respect to the original SZE selection. It contains in total 50 per cent more clusters and twice as many clusters above z = 0.8 in comparison to the original SPT-SZ sample. The MCMF algorithm allows us to define subsamples of the desired purity with traceable impact on catalogue completeness. As an example, we provide two subsamples with S/N > 4.25 and S/N > 4.5 for which the sample contamination and cleaning-induced incompleteness are both as low as the expected Poisson noise for samples of their size. The subsample with S/N > 4.5 has 98 per cent purity and 96 per cent completeness and is part of our new combined SPT cluster and DES weak-lensing cosmological analysis. We measure the number of false detections in the SPT-SZ candidate list as function of S/N, finding that it follows that expected from assuming Gaussian noise, but with a lower amplitude compared to previous estimates from simulations.

We report the detection of a population of Wolf-Rayet (WR) stars in the Sunburst Arc, a strongly gravitationally lensed galaxy at redshift $z=2.37$. As the brightest known lensed galaxy, the Sunburst Arc has become an important cosmic laboratory for studying star and cluster formation, Lyman alpha (Lyalpha ) radiative transfer, and Lyman continuum (LyC) escape. Here, we present the first results of JWST/NIRSpec IFU observations of the Sunburst Arc, focusing on a stacked spectrum of the 12-fold imaged Sunburst LyC-emitting (LCE) cluster. In agreement with previous studies, we find that the Sunburst LCE cluster is a very massive, compact star cluster with $M_ dyn M_ odot $. Our age estimate of 4.2–4.5 Myr is much larger than the crossing time of $t_ cross 9 $ kyr, indicating that the cluster is dynamically evolved and consistent with it being gravitationally bound. We find a significant nitrogen enhancement of the low ionization state interstellar medium (ISM), with \( 0.09\), which is \( 0.8\) dex above typical values for H\ ii regions of a similar metallicity in the local Universe. We find broad stellar emission complexes around He\ ii 4686$ and C\ iv 5808$ with associated nitrogen emission; this is the first time WR signatures have been directly observed at redshifts above $ 0.5$. The strength of the WR signatures cannot be reproduced by stellar population models that only include single-star evolution. While models with binary evolution better match the WR features, they still struggle to reproduce the nitrogen-enhanced WR features. JWST reveals the Sunburst LCE cluster to be a highly ionized proto-globular cluster with low oxygen abundance and extreme nitrogen enhancement that hosts a population of WR stars, likely including a previously suggested population of very massive stars (VMSs), which together are rapidly enriching the surrounding medium.

Abstract Low-mass galaxies can significantly contribute to reionization due to their potentially high Lyman continuum (LyC) escape fraction and relatively high space density. We present a constraint on the LyC escape fraction from low-mass galaxies at z = 1.3–3.0. We obtained rest-frame UV continuum imaging with the ACS/SBC and the WFC3/UVIS from the Hubble Space Telescope for eight strongly lensed galaxies that were identified in the Sloan Giant Arc Survey and the Cluster Lensing and Supernova survey with Hubble. The targeted galaxies were selected to be spectroscopically confirmed, highly magnified, and blue in their UV spectral shapes ( β < −1.7). Our targets include intrinsically low-luminosity galaxies down to a magnification-corrected absolute UV magnitude M UV ∼ −14. We perform custom-defined aperture photometry to place the most reliable upper limits of LyC escape from our sample. From our observations, we report no significant (>2 σ ) detections of LyC fluxes, placing 1 σ upper limits on the absolute LyC escape fractions of 3%–15%. Our observations do not support the expected increased escape fractions of LyC photons from intrinsically UV faint sources. Considering the highly anisotropic geometry of LyC escape, increasing the sample size of faint galaxies in future LyC observations is crucial.