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.

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.

We present observational constraints on the nature of dark energy using the Supernova Legacy Survey three-year sample (SNLS3) of Guy et al. and Conley et al. We use the 472 Type Ia supernovae (SNe Ia) in this sample, accounting for recently discovered correlations between SN Ia luminosity and host galaxy properties, and include the effects of all identified systematic uncertainties directly in the cosmological fits. Combining the SNLS3 data with the full WMAP7 power spectrum, the Sloan Digital Sky Survey luminous red galaxy power spectrum, and a prior on the Hubble constant H0 from SHOES, in a flat universe we find Ωm = 0.269 ± 0.015 and w = −1.061+0.069− 0.068 (where the uncertainties include all statistical and SN Ia systematic errors)—a 6.5% measure of the dark energy equation-of-state parameter w. The statistical and systematic uncertainties are approximately equal, with the systematic uncertainties dominated by the photometric calibration of the SN Ia fluxes—without these calibration effects, systematics contribute only a ∼2% error in w. When relaxing the assumption of flatness, we find Ωm = 0.271 ± 0.015, Ωk = −0.002 ± 0.006, and w = −1.069+0.091− 0.092. Parameterizing the time evolution of w as w(a) = w0 + wa(1 − a) gives w0 = −0.905 ± 0.196, wa = −0.984+1.094− 1.097 in a flat universe. All of our results are consistent with a flat, w = −1 universe. The size of the SNLS3 sample allows various tests to be performed with the SNe segregated according to their light curve and host galaxy properties. We find that the cosmological constraints derived from these different subsamples are consistent. There is evidence that the coefficient, β, relating SN Ia luminosity and color, varies with host parameters at >4σ significance (in addition to the known SN luminosity–host relation); however, this has only a small effect on the cosmological results and is currently a subdominant systematic.

(Abridged) Precision cosmology with Type Ia supernovae (SNe Ia) makes use of the fact that SN Ia luminosities depend on their light-curve shapes and colours. Using Supernova Legacy Survey (SNLS) and other data, we show that there is an additional dependence on the global characteristics of their host galaxies: events of the same light-curve shape and colour are, on average, 0.08mag (~4.0sigma) brighter in massive host galaxies (presumably metal-rich) and galaxies with low specific star-formation rates (sSFR). SNe Ia in galaxies with a low sSFR also have a smaller slope ("beta") between their luminosities and colours with ~2.7sigma significance, and a smaller scatter on SN Ia Hubble diagrams (at 95% confidence), though the significance of these effects is dependent on the reddest SNe. SN Ia colours are similar between low-mass and high-mass hosts, leading us to interpret their luminosity differences as an intrinsic property of the SNe and not of some external factor such as dust. If the host stellar mass is interpreted as a metallicity indicator, the luminosity trends are in qualitative agreement with theoretical predictions. We show that the average stellar mass, and therefore the average metallicity, of our SN Ia host galaxies decreases with redshift. The SN Ia luminosity differences consequently introduce a systematic error in cosmological analyses, comparable to the current statistical uncertainties on parameters such as w. We show that the use of two SN Ia absolute magnitudes, one for events in high-mass (metal-rich) galaxies, and one for events in low-mass (metal-poor) galaxies, adequately corrects for the differences. Cosmological fits incorporating these terms give a significant reduction in chi^2 (3.8-4.5sigma). We conclude that future SN Ia cosmological analyses should use a correction of this (or similar) form to control demographic shifts in the galaxy population.