Astronomical wide-field imaging of interferometric radio data is computationally expensive, especially for the large data volumes created by modern non-coplanar many-element arrays. We present a new wide-field interferometric imager that uses the w-stacking algorithm and can make use of the w-snapshot algorithm. The performance dependences of casa's w-projection and our new imager are analysed and analytical functions are derived that describe the required computing cost for both imagers. On data from the Murchison Widefield Array, we find our new method to be an order of magnitude faster than w-projection, as well as being capable of full-sky imaging at full resolution and with correct polarization correction. We predict the computing costs for several other arrays and estimate that our imager is a factor of 2–12 faster, depending on the array configuration. We estimate the computing cost for imaging the low-frequency Square Kilometre Array observations to be 60 PetaFLOPS with current techniques. We find that combining w-stacking with the w-snapshot algorithm does not significantly improve computing requirements over pure w-stacking. The source code of our new imager is publicly released.

GROWTH observations of GW170817 The gravitational wave event GW170817 was caused by the merger of two neutron stars (see the Introduction by Smith). In three papers, teams associated with the GROWTH (Global Relay of Observatories Watching Transients Happen) project present their observations of the event at wavelengths from x-rays to radio waves. Evans et al. used space telescopes to detect GW170817 in the ultraviolet and place limits on its x-ray flux, showing that the merger generated a hot explosion known as a blue kilonova. Hallinan et al. describe radio emissions generated as the explosion slammed into the surrounding gas within the host galaxy. Kasliwal et al. present additional observations in the optical and infrared and formulate a model for the event involving a cocoon of material expanding at close to the speed of light, matching the data at all observed wavelengths. Science , this issue p. 1565 , p. 1579 , p. 1559 ; see also p. 1554

Abstract Using the Murchison Widefield Array (MWA), the low-frequency Square Kilometre Array precursor located in Western Australia, we have completed the GaLactic and Extragalactic All-sky MWA (GLEAM) survey, and present the resulting extragalactic catalogue, utilizing the first year of observations. The catalogue covers 24 831 square degrees, over declinations south of +30° and Galactic latitudes outside 10° of the Galactic plane, excluding some areas such as the Magellanic Clouds. It contains 307 455 radio sources with 20 separate flux density measurements across 72–231 MHz, selected from a time- and frequency-integrated image centred at 200 MHz, with a resolution of ≈2 arcmin. Over the catalogued region, we estimate that the catalogue is 90 per cent complete at 170 mJy, and 50 per cent complete at 55 mJy, and large areas are complete at even lower flux density levels. Its reliability is 99.97 per cent above the detection threshold of 5σ, which itself is typically 50 mJy. These observations constitute the widest fractional bandwidth and largest sky area survey at radio frequencies to date, and calibrate the low-frequency flux density scale of the southern sky to better than 10 per cent. This paper presents details of the flagging, imaging, mosaicking and source extraction/characterization, as well as estimates of the completeness and reliability. All source measurements and images are available online.1 This is the first in a series of publications describing the GLEAM survey results.

[ABRIDGED VERSION] The future of cm and m-wave astronomy lies with the Square Kilometre Array (SKA), a telescope under development by a consortium of 17 countries. The SKA will be 50 times more sensitive than any existing radio facility. A majority of the key science for the SKA will be addressed through large-area imaging of the Universe at frequencies from 300 MHz to a few GHz. The Australian SKA Pathfinder (ASKAP) is aimed squarely in this frequency range, and achieves instantaneous wide-area imaging through the development and deployment of phase-array feed systems on parabolic reflectors. This large field-of-view makes ASKAP an unprecedented synoptic telescope poised to achieve substantial advances in SKA key science. The central core of ASKAP will be located at the Murchison Radio Observatory in inland Western Australia, one of the most radio-quiet locations on the Earth and one of the sites selected by the international community as a potential location for the SKA. Following an introductory description of ASKAP, this document contains 7 chapters describing specific science programmes for ASKAP. The combination of location, technological innovation and scientific program will ensure that ASKAP will be a world-leading radio astronomy facility, closely aligned with the scientific and technical direction of the SKA. A brief summary chapter emphasizes the point, and considers discovery space.

Fast Radio Bursts (FRBs) are brief radio emissions from distant astronomical sources. Some are known to repeat, but most are single bursts. Non-repeating FRB observations have had insufficient positional accuracy to localize them to an individual host galaxy. We report the interferometric localization of the single pulse FRB 180924 to a position 4 kpc from the center of a luminous galaxy at redshift 0.3214. The burst has not been observed to repeat. The properties of the burst and its host are markedly different from the only other accurately localized FRB source. The integrated electron column density along the line of sight closely matches models of the intergalactic medium, indicating that some FRBs are clean probes of the baryonic component of the cosmic web.

Here we describe the Compact Array Broadband Backend (CABB) and present first results obtained with the upgraded Australia Telescope Compact Array (ATCA). The 16-fold increase in observing bandwidth, from 2 x 128 MHz to 2 x 2048 MHz, high bit sampling, and addition of 16 zoom windows (each divided into a further 2048 channels) provide major improvements for all ATCA observations. The benefits of the new system are: (1) hugely increased radio continuum and polarization sensitivity as well as image fidelity, (2) substantially improved capability to search for and map emission and absorption lines over large velocity ranges, (3) simultaneous multi-line and continuum observations, (4) increased sensitivity, survey speed and dynamic range due to high-bit sampling, and (5) high velocity resolution, while maintaining full polarization output. The new CABB system encourages all observers to make use of both spectral line and continuum data to achieve their full potential. Given the dramatic increase of the ATCA capabilities in all bands (ranging from 1.1 to 105 GHz) CABB enables scientific projects that were not feasible before the upgrade, such as simultaneous observations of multiple spectral lines, on-the-fly mapping, fast follow-up of radio transients (e.g., the radio afterglow of new supernovae) and maser observations at high velocity resolution and full polarization. The first science results presented here include wide-band spectra, high dynamic-range images, and polarization measurements, highlighting the increased capability and discovery potential of the ATCA.

The observed electromagnetic emission from GW170817 suggests that a ‘cocoon’ of mildly relativistic material was released as a jet transferred its energy to the neutron-rich dynamical ejecta from the merger. On 17 August 2017, the detection of a gravitational-wave signature of merging neutron stars preceded that of a weak, short γ-ray burst. The source was quickly localized to the galaxy NGC 4993, and a range of telescopes measuring different parts of the electromagnetic spectrum followed the source, which was fading at most wavelengths. The radio emission, however, has continued to increase. Kunal Mooley and colleagues report continuing radio observations that are inconsistent with the off-axis relativistic jet that was initially believed to explain the optical, X-ray and γ-ray data. Instead, the radio data are best explained by a mildly relativistic wide-angle outflow. GW170817 was the first gravitational-wave detection of a binary neutron-star merger1. It was accompanied by radiation across the electromagnetic spectrum and localized2 to the galaxy NGC 4993 at a distance of 40 megaparsecs. It has been proposed that the observed γ-ray, X-ray and radio emission is due to an ultra-relativistic jet being launched during the merger (and successfully breaking out of the surrounding material), directed away from our line of sight (off-axis)3,4,5,6. The presence of such a jet is predicted from models that posit neutron-star mergers as the drivers of short hard-γ-ray bursts7,8. Here we report that the radio light curve of GW170817 has no direct signature of the afterglow of an off-axis jet. Although we cannot completely rule out the existence of a jet directed away from the line of sight, the observed γ-ray emission could not have originated from such a jet. Instead, the radio data require the existence of a mildly relativistic wide-angle outflow moving towards us. This outflow could be the high-velocity tail of the neutron-rich material that was ejected dynamically during the merger, or a cocoon of material that breaks out when a jet launched during the merger transfers its energy to the dynamical ejecta. Because the cocoon model explains the radio light curve of GW170817, as well as the γ-ray and X-ray emission (and possibly also the ultraviolet and optical emission)9,10,11,12,13,14,15, it is the model that is most consistent with the observational data. Cocoons may be a ubiquitous phenomenon produced in neutron-star mergers, giving rise to a hitherto unidentified population of radio, ultraviolet, X-ray and γ-ray transients in the local Universe.

EMU is a wide-field radio continuum survey planned for the new Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) telescope. The primary goal of EMU is to make a deep (rms ~ 10 microJy/beam) radio continuum survey of the entire Southern Sky at 1.3 GHz, extending as far North as +30 degrees declination, with a resolution of 10 arcsec. EMU is expected to detect and catalogue about 70 million galaxies, including typical star-forming galaxies up to z~1, powerful starbursts to even greater redshifts, and AGNs to the edge of the visible Universe. It will undoubtedly discover new classes of object. This paper defines the science goals and parameters of the survey, and describes the development of techniques necessary to maximise the science return from EMU.

In this paper we describe the system design and capabilities of the Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) radio telescope at the conclusion of its construction project and commencement of science operations. ASKAP is one of the first radio telescopes to deploy phased array feed (PAF) technology on a large scale, giving it an instantaneous field of view that covers 31 square degrees at 800 MHz. As a two-dimensional array of 36x12m antennas, with baselines ranging from 22m to 6km, ASKAP also has excellent snapshot imaging capability and 10 arcsecond resolution. This, combined with 288 MHz of instantaneous bandwidth and a unique third axis of rotation on each antenna, gives ASKAP the capability to create high dynamic range images of large sky areas very quickly. It is an excellent telescope for surveys between 700 MHz and 1800 MHz and is expected to facilitate great advances in our understanding of galaxy formation, cosmology and radio transients while opening new parameter space for discovery of the unknown.

Long-period radio transients are an emerging class of extreme astrophysical events of which only three are known. These objects emit highly polarised, coherent pulses of typically a few tens of seconds duration and minutes to hour-long periods. While magnetic white dwarfs and magnetars, either isolated or in binary systems, have been invoked to explain these objects, a consensus has not emerged. Here we report on the discovery of ASKAP J193505.1+214841.0 (henceforth ASKAPJ1935+2148) with a period of 53.8 minutes exhibiting three distinct emission states - a bright pulse state with highly linearly polarised pulses with widths of 10-50 seconds; a weak pulse state which is about 26 times fainter than the bright state with highly circularly polarised pulses of widths of approximately 370 milliseconds; and a quiescent or quenched state with no pulses. The first two states have been observed to progressively evolve over the course of 8 months with the quenched state interspersed between them suggesting physical changes in the region producing the emission. A constraint on the radius of the source for the observed period rules out a magnetic white dwarf origin. Unlike other long-period sources, ASKAPJ1935+2148 is the first to exhibit drastic variations in emission modes reminiscent of neutron stars. However, its radio properties challenge our current understanding of neutron star emission and evolution.