We report measurements of ΩM, ΩΛ, and w from 11 supernovae (SNe) at z = 0.36-0.86 with high-quality light curves measured using WFPC2 on the Hubble Space Telescope (HST). This is an independent set of high-redshift SNe that confirms previous SN evidence for an accelerating universe. The high-quality light curves available from photometry on WFPC2 make it possible for these 11 SNe alone to provide measurements of the cosmological parameters comparable in statistical weight to the previous results. Combined with earlier Supernova Cosmology Project data, the new SNe yield a measurement of the mass density ΩM = 0.25 (statistical) ± 0.04 (identified systematics), or equivalently, a cosmological constant of ΩΛ = 0.75 (statistical) ± 0.04 (identified systematics), under the assumptions of a flat universe and that the dark energy equation-of-state parameter has a constant value w = -1. When the SN results are combined with independent flat-universe measurements of ΩM from cosmic microwave background and galaxy redshift distortion data, they provide a measurement of w = -1.05 (statistical) ± 0.09 (identified systematic), if w is assumed to be constant in time. In addition to high-precision light-curve measurements, the new data offer greatly improved color measurements of the high-redshift SNe and hence improved host galaxy extinction estimates. These extinction measurements show no anomalous negative E(B-V) at high redshift. The precision of the measurements is such that it is possible to perform a host galaxy extinction correction directly for individual SNe without any assumptions or priors on the parent E(B-V) distribution. Our cosmological fits using full extinction corrections confirm that dark energy is required with P(ΩΛ > 0) > 0.99, a result consistent with previous and current SN analyses that rely on the identification of a low-extinction subset or prior assumptions concerning the intrinsic extinction distribution.

We present a new compilation of Type Ia supernovae (SNe Ia), a new data set of low-redshift nearby-Hubble-flow SNe, and new analysis procedures to work with these heterogeneous compilations. This "Union" compilation of 414 SNe Ia, which reduces to 307 SNe after selection cuts, includes the recent large samples of SNe Ia from the Supernova Legacy Survey and ESSENCE Survey, the older data sets, as well as the recently extended data set of distant supernovae observed with the Hubble Space Telescope (HST). A single, consistent, and blind analysis procedure is used for all the various SN Ia subsamples, and a new procedure is implemented that consistently weights the heterogeneous data sets and rejects outliers. We present the latest results from this Union compilation and discuss the cosmological constraints from this new compilation and its combination with other cosmological measurements (CMB and BAO). The constraint we obtain from supernovae on the dark energy density is ΩΛ = 0.713+ 0.027−0.029(stat)+ 0.036−0.039(sys) , for a flat, ΛCDM universe. Assuming a constant equation of state parameter, w, the combined constraints from SNe, BAO, and CMB give w = − 0.969+ 0.059−0.063(stat)+ 0.063−0.066(sys) . While our results are consistent with a cosmological constant, we obtain only relatively weak constraints on a w that varies with redshift. In particular, the current SN data do not yet significantly constrain w at z > 1. With the addition of our new nearby Hubble-flow SNe Ia, these resulting cosmological constraints are currently the tightest available.

We combine high redshift Type Ia supernovae from the first 3 years of the Supernova Legacy Survey (SNLS) with other supernova (SN) samples, primarily at lower redshifts, to form a high-quality joint sample of 472 SNe (123 low-$z$, 93 SDSS, 242 SNLS, and 14 {\it Hubble Space Telescope}). SN data alone require cosmic acceleration at >99.9% confidence, including systematic effects. For the dark energy equation of state parameter (assumed constant out to at least $z=1.4$) in a flat universe, we find $w = -0.91^{+0.16}_{-0.20}(\mathrm{stat}) ^{+0.07}_{-0.14} (\mathrm{sys})$ from SNe only, consistent with a cosmological constant. Our fits include a correction for the recently discovered relationship between host-galaxy mass and SN absolute brightness. We pay particular attention to systematic uncertainties, characterizing them using a systematics covariance matrix that incorporates the redshift dependence of these effects, as well as the shape-luminosity and color-luminosity relationships. Unlike previous work, we include the effects of systematic terms on the empirical light-curve models. The total systematic uncertainty is dominated by calibration terms. We describe how the systematic uncertainties can be reduced with soon to be available improved nearby and intermediate-redshift samples, particularly those calibrated onto USNO/SDSS-like systems.

Results of the commissioning of the first Gemini Multi‐Object Spectrograph (GMOS) are described. GMOS and the Gemini–North telescope act as a complete system to exploit a large 8 m aperture with improved image quality. Key GMOS design features such as the on‐instrument wave‐front sensor (OIWFS) and active flexure compensation system maintain very high image quality and stability, allowing precision observations of many targets simultaneously while reducing the need for frequent recalibration and reacquisition of targets. In this paper, example observations in imaging, long‐slit, and multiobject spectroscopic modes are presented and verified by comparison with data from the literature. The expected high throughput of GMOS is confirmed from standard star observations; it peaks at about 60% when imaging in the r' and i' bands, and at 45%–50% in spectroscopic mode at 6300 Å. Deep GMOS photometry in the g', r', and i' filters is compared to data from the literature, and the uniformity of this photometry across the GMOS field is verified. The multiobject spectroscopic mode is demonstrated by observations of the galaxy cluster A383. Centering of objects in the multislit mask was achieved to an rms accuracy of 80 mas across the 5 5 field, and an optimized setup procedure (now in regular use) improves this to better than 50 mas. Stability during these observations was high, as expected: the average shift between object and slit positions was 5.3 mas hr−1, and the wavelength scale drifted by only 0.1 Å hr−1 (in a setup with spectral resolution of 6 Å). Finally, the current status of GMOS on Gemini–North is summarized, and future plans are outlined.

Observations and modelling of an optical transient counterpart to a gravitational-wave event and γ-ray burst reveal that neutron-star mergers produce gravitational waves and radioactively powered kilonovae, and are a source of heavy elements. Merging neutron stars are potential sources of gravitational waves and have long been predicted to produce jets of material as part of a low-luminosity transient known as a 'kilonova'. There is growing evidence that neutron-star mergers also give rise to short, hard gamma-ray bursts. A group of papers in this issue report observations of a transient associated with the gravitational-wave event GW170817—a signature of two neutron stars merging and a gamma-ray flash—that was detected in August 2017. The observed gamma-ray, X-ray, optical and infrared radiation signatures support the predictions of an outflow of matter from double neutron-star mergers and present a clear origin for gamma-ray bursts. Previous predictions differ over whether the jet material would combine to form light or heavy elements. These papers now show that the early part of the outflow was associated with lighter elements whereas the later observations can be explained by heavier elements, the origins of which have been uncertain. However, one paper (by Stephen Smartt and colleagues) argues that only light elements are needed for the entire event. Additionally, Eleonora Troja and colleagues report X-ray observations and radio emissions that suggest that the 'kilonova' jet was observed off-axis, which could explain why gamma-ray-burst detections are seen as dim. Gravitational waves were discovered with the detection of binary black-hole mergers1 and they should also be detectable from lower-mass neutron-star mergers. These are predicted to eject material rich in heavy radioactive isotopes that can power an electromagnetic signal. This signal is luminous at optical and infrared wavelengths and is called a kilonova2,3,4,5. The gravitational-wave source GW170817 arose from a binary neutron-star merger in the nearby Universe with a relatively well confined sky position and distance estimate6. Here we report observations and physical modelling of a rapidly fading electromagnetic transient in the galaxy NGC 4993, which is spatially coincident with GW170817 and with a weak, short γ-ray burst7,8. The transient has physical parameters that broadly match the theoretical predictions of blue kilonovae from neutron-star mergers. The emitted electromagnetic radiation can be explained with an ejected mass of 0.04 ± 0.01 solar masses, with an opacity of less than 0.5 square centimetres per gram, at a velocity of 0.2 ± 0.1 times light speed. The power source is constrained to have a power-law slope of −1.2 ± 0.3, consistent with radioactive powering from r-process nuclides. (The r-process is a series of neutron capture reactions that synthesise many of the elements heavier than iron.) We identify line features in the spectra that are consistent with light r-process elements (atomic masses of 90–140). As it fades, the transient rapidly becomes red, and a higher-opacity, lanthanide-rich ejecta component may contribute to the emission. This indicates that neutron-star mergers produce gravitational waves and radioactively powered kilonovae, and are a nucleosynthetic source of the r-process elements.

We report on work to increase the number of well-measured Type Ia supernovae (SNe Ia) at high redshifts. Light curves, including high signal-to-noise Hubble Space Telescope data, and spectra of six SNe Ia that were discovered during 2001, are presented. Additionally, for the two SNe with z > 1, we present ground-based J-band photometry from Gemini and the Very Large Telescope. These are among the most distant SNe Ia for which ground-based near-IR observations have been obtained. We add these six SNe Ia together with other data sets that have recently become available in the literature to the Union compilation. We have made a number of refinements to the Union analysis chain, the most important ones being the refitting of all light curves with the SALT2 fitter and an improved handling of systematic errors. We call this new compilation, consisting of 557 SNe, the Union2 compilation. The flat concordance ΛCDM model remains an excellent fit to the Union2 data with the best-fit constant equation-of-state parameter w = −0.997+0.050−0.054(stat)+0.077−0.082(stat + sys together) for a flat universe, or w = −1.038+0.056−0.059(stat)+0.093−0.097(stat + sys together) with curvature. We also present improved constraints on w(z). While no significant change in w with redshift is detected, there is still considerable room for evolution in w. The strength of the constraints depends strongly on redshift. In particular, at z ≳ 1, the existence and nature of dark energy are only weakly constrained by the data.

We present photometric properties and distance measurements of 252 high redshift Type Ia supernovae (0.15 < z < 1.1) discovered during the first three years of the Supernova Legacy Survey (SNLS). These events were detected and their multi-colour light curves measured using the MegaPrime/MegaCam instrument at the Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT), by repeatedly imaging four one-square degree fields in four bands. Follow-up spectroscopy was performed at the VLT, Gemini and Keck telescopes to confirm the nature of the supernovae and to measure their redshifts. Systematic uncertainties arising from light curve modeling are studied, making use of two techniques to derive the peak magnitude, shape and colour of the supernovae, and taking advantage of a precise calibration of the SNLS fields. A flat LambdaCDM cosmological fit to 231 SNLS high redshift Type Ia supernovae alone gives Omega_M = 0.211 +/- 0.034(stat) +/- 0.069(sys). The dominant systematic uncertainty comes from uncertainties in the photometric calibration. Systematic uncertainties from light curve fitters come next with a total contribution of +/- 0.026 on Omega_M. No clear evidence is found for a possible evolution of the slope (beta) of the colour-luminosity relation with redshift.

Type Ia supernovae have been used empirically as 'standard candles' to demonstrate the acceleration of the expansion of the Universe even though fundamental details, such as the nature of their progenitor systems and how the stars explode, remain a mystery. There is consensus that a white dwarf star explodes after accreting matter in a binary system, but the secondary body could be anything from a main-sequence star to a red giant, or even another white dwarf. This uncertainty stems from the fact that no recent type Ia supernova has been discovered close enough to Earth to detect the stars before explosion. Here we report early observations of supernova SN 2011fe in the galaxy M101 at a distance from Earth of 6.4 megaparsecs. We find that the exploding star was probably a carbon-oxygen white dwarf, and from the lack of an early shock we conclude that the companion was probably a main-sequence star. Early spectroscopy shows high-velocity oxygen that slows rapidly, on a timescale of hours, and extensive mixing of newly synthesized intermediate-mass elements in the outermost layers of the supernova. A companion paper uses pre-explosion images to rule out luminous red giants and most helium stars as companions to the progenitor.