Pulsar Tests Gravity Because of their extremely high densities, massive neutron stars can be used to test gravity. Based on spectroscopy of its white dwarf companion, Antoniadis et al. (p. 448 ) identified a millisecond pulsar as a neutron star twice as heavy as the Sun. The observed binary's orbital decay is consistent with that predicted by general relativity, ruling out previously untested strong-field phenomena predicted by alternative theories. The binary system has a peculiar combination of properties and poses a challenge to our understanding of stellar evolution.

Fast radio bursts are millisecond-duration astronomical radio pulses of unknown physical origin that appear to come from extragalactic distances. Previous follow-up observations have failed to find additional bursts at the same dispersion measure (that is, the integrated column density of free electrons between source and telescope) and sky position as the original detections. The apparent non-repeating nature of these bursts has led to the suggestion that they originate in cataclysmic events. Here we report observations of ten additional bursts from the direction of the fast radio burst FRB 121102. These bursts have dispersion measures and sky positions consistent with the original burst. This unambiguously identifies FRB 121102 as repeating and demonstrates that its source survives the energetic events that cause the bursts. Additionally, the bursts from FRB 121102 show a wide range of spectral shapes that appear to be predominantly intrinsic to the source and which vary on timescales of minutes or less. Although there may be multiple physical origins for the population of fast radio bursts, these repeat bursts with high dispersion measure and variable spectra specifically seen from the direction of FRB 121102 support an origin in a young, highly magnetized, extragalactic neutron star.

Immune memory after vaccination Vaccination against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has proven highly effective at preventing severe COVID-19. However, the evolution of viral variants, and waning antibody levels over time, raise questions regarding the longevity of vaccine-induced immune protection. Goel et al . examined B and T lymphocyte responses in individuals who received SARS-CoV-2 messenger RNA vaccines. They performed a 6-month longitudinal study of individuals who never had SARS-CoV-2 infection compared with people who had recovered from SARS-CoV-2. Humoral and cellular immune memory was observed in vaccinated individuals, as were functional immune responses against the Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), and Delta (B.1.617.2) viral variants. Analysis of T cell activity suggested that robust cellular immune memory may prevent hospitalization by limiting the development of severe disease. —PNK

Fast radio bursts are astronomical radio flashes of unknown physical nature with durations of milliseconds. Their dispersive arrival times suggest an extragalactic origin and imply radio luminosities orders of magnitude larger than any other kind of known short-duration radio transient. Thus far, all FRBs have been detected with large single-dish telescopes with arcminute localizations, and attempts to identify their counterparts (source or host galaxy) have relied on contemporaneous variability of field sources or the presence of peculiar field stars or galaxies. These attempts have not resulted in an unambiguous association with a host or multi-wavelength counterpart. Here we report the sub-arcsecond localization of FRB 121102, the only known repeating burst source, using high-time-resolution radio interferometric observations that directly image the bursts themselves. Our precise localization reveals that FRB 121102 originates within 100 mas of a faint 180 uJy persistent radio source with a continuum spectrum that is consistent with non-thermal emission, and a faint (25th magnitude) optical counterpart. The flux density of the persistent radio source varies by tens of percent on day timescales, and very long baseline radio interferometry yields an angular size less than 1.7 mas. Our observations are inconsistent with the fast radio burst having a Galactic origin or its source being located within a prominent star-forming galaxy. Instead, the source appears to be co-located with a low-luminosity active galactic nucleus or a previously unknown type of extragalactic source. [Truncated] If other fast radio bursts have similarly faint radio and optical counterparts, our findings imply that direct sub-arcsecond localizations of FRBs may be the only way to provide reliable associations.

The International Pulsar Timing Array project combines observations of pulsars from both northern and southern hemisphere observatories with the main aim of detecting ultra-low frequency (∼ 10−9–10−8 Hz) gravitational waves. Here we introduce the project, review the methods used to search for gravitational waves emitted from coalescing supermassive binary black-hole systems in the centres of merging galaxies and discuss the status of the project.

We report multiple lines of evidence for a stochastic signal that is correlated among 67 pulsars from the 15-year pulsar-timing data set collected by the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves. The correlations follow the Hellings-Downs pattern expected for a stochastic gravitational-wave background. The presence of such a gravitational-wave background with a power-law-spectrum is favored over a model with only independent pulsar noises with a Bayes factor in excess of $10^{14}$, and this same model is favored over an uncorrelated common power-law-spectrum model with Bayes factors of 200-1000, depending on spectral modeling choices. We have built a statistical background distribution for these latter Bayes factors using a method that removes inter-pulsar correlations from our data set, finding $p = 10^{-3}$ (approx. $3\sigma$) for the observed Bayes factors in the null no-correlation scenario. A frequentist test statistic built directly as a weighted sum of inter-pulsar correlations yields $p = 5 \times 10^{-5} - 1.9 \times 10^{-4}$ (approx. $3.5 - 4\sigma$). Assuming a fiducial $f^{-2/3}$ characteristic-strain spectrum, as appropriate for an ensemble of binary supermassive black-hole inspirals, the strain amplitude is $2.4^{+0.7}_{-0.6} \times 10^{-15}$ (median + 90% credible interval) at a reference frequency of 1/(1 yr). The inferred gravitational-wave background amplitude and spectrum are consistent with astrophysical expectations for a signal from a population of supermassive black-hole binaries, although more exotic cosmological and astrophysical sources cannot be excluded. The observation of Hellings-Downs correlations points to the gravitational-wave origin of this signal.

The precise localization of the repeating fast radio burst (FRB 121102) has provided the first unambiguous association (chance coincidence probability $p\lesssim3\times10^{-4}$) of an FRB with an optical and persistent radio counterpart. We report on optical imaging and spectroscopy of the counterpart and find that it is an extended ($0.6^{\prime\prime}-0.8^{\prime\prime}$) object displaying prominent Balmer and [OIII] emission lines. Based on the spectrum and emission line ratios, we classify the counterpart as a low-metallicity, star-forming, $m_{r^\prime} = 25.1$ AB mag dwarf galaxy at a redshift of $z=0.19273(8)$, corresponding to a luminosity distance of 972 Mpc. From the angular size, the redshift, and luminosity, we estimate the host galaxy to have a diameter $\lesssim4$ kpc and a stellar mass of $M_*\sim4-7\times 10^{7}\,M_\odot$, assuming a mass-to-light ratio between 2 to 3$\,M_\odot\,L_\odot^{-1}$. Based on the H$\alpha$ flux, we estimate the star formation rate of the host to be $0.4\,M_\odot\,\mathrm{yr^{-1}}$ and a substantial host dispersion measure depth $\lesssim 324\,\mathrm{pc\,cm^{-3}}$. The net dispersion measure contribution of the host galaxy to FRB 121102 is likely to be lower than this value depending on geometrical factors. We show that the persistent radio source at FRB 121102's location reported by Marcote et al (2017) is offset from the galaxy's center of light by $\sim$200 mas and the host galaxy does not show optical signatures for AGN activity. If FRB 121102 is typical of the wider FRB population and if future interferometric localizations preferentially find them in dwarf galaxies with low metallicities and prominent emission lines, they would share such a preference with long gamma ray bursts and superluminous supernovae.

We present high-precision timing data over time spans of up to 11 years for 45 millisecond pulsars observed as part of the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) project, aimed at detecting and characterizing low-frequency gravitational waves. The pulsars were observed with the Arecibo Observatory and/or the Green Bank Telescope at frequencies ranging from 327 MHz to 2.3 GHz. Most pulsars were observed with approximately monthly cadence, and six high-timing-precision pulsars were observed weekly. All were observed at widely separated frequencies at each observing epoch in order to fit for time-variable dispersion delays. We describe our methods for data processing, time-of-arrival (TOA) calculation, and the implementation of a new, automated method for removing outlier TOAs. We fit a timing model for each pulsar that includes spin, astrometric, and (for binary pulsars) orbital parameters; time-variable dispersion delays; and parameters that quantify pulse-profile evolution with frequency. The timing solutions provide three new parallax measurements, two new Shapiro delay measurements, and two new measurements of significant orbital-period variations. We fit models that characterize sources of noise for each pulsar. We find that 11 pulsars show significant red noise, with generally smaller spectral indices than typically measured for non-recycled pulsars, possibly suggesting a different origin. A companion paper uses these data to constrain the strength of the gravitational-wave background.

From X-ray Binary to Pulsar Pulsars with millisecond rotational periods are thought to originate from neutron stars in low-mass x-ray binaries that had their spin frequencies increased by long-lasting mass transfer from their companion stars. Using data from a radio pulsar survey, Archibald et al. (p. 1411 , published online 21 May; see the Perspective by Kramer ) found a neutron star in a low-mass X-ray binary that is in the process of turning into a radio millisecond pulsar. The system, which consists of a solar-like star and a 1.69-millisecond radio pulsar, has gone through a recent accretion phase, characteristic of low-mass X-ray binaries, but it shows no accretion disk anymore, confirming the evolutionary connection between millisecond radio pulsars and low-mass X-ray binaries.