The dwarf spheroidal satellite galaxies of the Milky Way are some of the most dark-matter-dominated objects known. Due to their proximity, high dark matter content, and lack of astrophysical backgrounds, dwarf spheroidal galaxies are widely considered to be among the most promising targets for the indirect detection of dark matter via $\ensuremath{\gamma}$ rays. Here we report on $\ensuremath{\gamma}$-ray observations of 25 Milky Way dwarf spheroidal satellite galaxies based on 4 years of Fermi Large Area Telescope (LAT) data. None of the dwarf galaxies are significantly detected in $\ensuremath{\gamma}$ rays, and we present $\ensuremath{\gamma}$-ray flux upper limits between 500 MeV and 500 GeV. We determine the dark matter content of 18 dwarf spheroidal galaxies from stellar kinematic data and combine LAT observations of 15 dwarf galaxies to constrain the dark matter annihilation cross section. We set some of the tightest constraints to date on the annihilation of dark matter particles with masses between 2 GeV and 10 TeV into prototypical standard model channels. We find these results to be robust against systematic uncertainties in the LAT instrument performance, diffuse $\ensuremath{\gamma}$-ray background modeling, and assumed dark matter density profile.

The Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT, hereafter LAT), the primary instrument on the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi) mission, is an imaging, wide field-of-view, high-energy \gamma-ray telescope, covering the energy range from 20 MeV to more than 300 GeV. During the first years of the mission the LAT team has gained considerable insight into the in-flight performance of the instrument. Accordingly, we have updated the analysis used to reduce LAT data for public release as well as the Instrument Response Functions (IRFs), the description of the instrument performance provided for data analysis. In this paper we describe the effects that motivated these updates. Furthermore, we discuss how we originally derived IRFs from Monte Carlo simulations and later corrected those IRFs for discrepancies observed between flight and simulated data. We also give details of the validations performed using flight data and quantify the residual uncertainties in the IRFs. Finally, we describe techniques the LAT team has developed to propagate those uncertainties into estimates of the systematic errors on common measurements such as fluxes and spectra of astrophysical sources.

Dark matter particle annihilation or decay can produce monochromatic gamma-ray lines and contribute to the diffuse gamma-ray background. Flux upper limits are presented for gamma-ray spectral lines from 7 to 200 GeV and for the diffuse gamma-ray background from 4.8 GeV to 264 GeV obtained from two years of Fermi Large Area Telescope data integrated over most of the sky. We give cross-section upper limits and decay lifetime lower limits for dark matter models that produce gamma-ray lines or contribute to the diffuse spectrum, including models proposed as explanations of the PAMELA and Fermi cosmic-ray data.

On 2015 June 16, Fermi-LAT observed a giant outburst from the flat spectrum radio quasar 3C 279 with a peak $>100$ MeV flux of $\sim3.6\times10^{-5}\;{\rm photons}\;{\rm cm}^{-2}\;{\rm s}^{-1}$ averaged over orbital period intervals. It is the historically highest $\gamma$-ray flux observed from the source including past EGRET observations, with the $\gamma$-ray isotropic luminosity reaching $\sim10^{49}\;{\rm erg}\;{\rm s}^{-1}$. During the outburst, the Fermi spacecraft, which has an orbital period of 95.4 min, was operated in a special pointing mode to optimize the exposure for 3C 279. For the first time, significant flux variability at sub-orbital timescales was found in blazar observations by Fermi-LAT. The source flux variability was resolved down to 2-min binned timescales, with flux doubling times less than 5 min. The observed minute-scale variability suggests a very compact emission region at hundreds of Schwarzschild radii from the central engine in conical jet models. A minimum bulk jet Lorentz factor ($\Gamma$) of 35 is necessary to avoid both internal $\gamma$-ray absorption and super-Eddington jet power. In the standard external-radiation-Comptonization scenario, $\Gamma$ should be at least 50 to avoid overproducing the synchrotron-self-Compton component. However, this predicts extremely low magnetization ($\sim5\times10^{-4}$). Equipartition requires $\Gamma$ as high as 120, unless the emitting region is a small fraction of the dissipation region. Alternatively, we consider $\gamma$ rays originating as synchrotron radiation of $\gamma_{\rm e}\sim1.6\times10^6$ electrons, in magnetic field $B\sim1.3$ kG, accelerated by strong electric fields $E\sim B$ in the process of magnetoluminescence. At such short distance scales, one cannot immediately exclude production of $\gamma$ rays in hadronic processes.

Launched on 2021 December 9, the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) is a NASA Small Explorer Mission in collaboration with the Italian Space Agency (ASI). The mission will open a new window of investigation—imaging x-ray polarimetry. The observatory features three identical telescopes, each consisting of a mirror module assembly with a polarization-sensitive imaging x-ray detector at the focus. A coilable boom, deployed on orbit, provides the necessary 4-m focal length. The observatory utilizes a three-axis-stabilized spacecraft, which provides services such as power, attitude determination and control, commanding, and telemetry to the ground. During its 2-year baseline mission, IXPE will conduct precise polarimetry for samples of multiple categories of x-ray sources, with follow-on observations of selected targets.

We report on the search for spectral irregularities induced by oscillations between photons and axionlike-particles (ALPs) in the γ-ray spectrum of NGC 1275, the central galaxy of the Perseus cluster. Using 6 years of Fermi Large Area Telescope data, we find no evidence for ALPs and exclude couplings above 5×10^{-12} GeV^{-1} for ALP masses 0.5≲m_{a}≲5 neV at 95% confidence. The limits are competitive with the sensitivity of planned laboratory experiments, and, together with other bounds, strongly constrain the possibility that ALPs can reduce the γ-ray opacity of the Universe.

We present a measurement of the cosmic-ray electron+positron spectrum between 7 GeV and 2 TeV performed with almost seven years of data collected with the Fermi Large Area Telescope. We find that the spectrum is well fit by a broken power law with a break energy at about 50 GeV. Above 50 GeV, the spectrum is well described by a single power law with a spectral index of $3.07 \pm 0.02 \; (\text{stat+syst}) \pm 0.04 \; (\text{energy measurement})$. An exponential cutoff lower than 1.8 TeV is excluded at 95\% CL.

Abstract We report on an observational campaign on the bright black hole (BH) X-ray binary Swift J1727.8–1613 centered around five observations by the Imaging X-ray Polarimetry Explorer. These observations track for the first time the evolution of the X-ray polarization of a BH X-ray binary across a hard to soft state transition. The 2–8 keV polarization degree decreased from ∼4% to ∼3% across the five observations, but the polarization angle remained oriented in the north–south direction throughout. Based on observations with the Australia Telescope Compact Array, we find that the intrinsic 7.25 GHz radio polarization aligns with the X-ray polarization. Assuming the radio polarization aligns with the jet direction (which can be tested in the future with higher-spatial-resolution images of the jet), our results imply that the X-ray corona is extended in the disk plane, rather than along the jet axis, for the entire hard intermediate state. This in turn implies that the long (≳10 ms) soft lags that we measure with the Neutron star Interior Composition ExploreR are dominated by processes other than pure light-crossing delays. Moreover, we find that the evolution of the soft lag amplitude with spectral state does not follow the trend seen for other sources, implying that Swift J1727.8–1613 is a member of a hitherto undersampled subpopulation.

We report the X-ray polarization properties of the high-synchrotron-peaked (HSP) blazar PKS 2155$-$304 based on observations with the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). We observed the source between Oct 27 and Nov 7, 2023. We also conducted an extensive contemporaneous multiwavelength (MW) campaign. We find that during the first half ($T_1$) of the IXPE pointing, the source exhibited the highest X-ray polarization degree detected for an HSP blazar thus far, (30.7pm 2.0)<!PCT!>; this dropped to (15.3pm 2.1)<!PCT!> during the second half ($T_2$). The X-ray polarization angle remained stable during the IXPE pointing at 129.4 and 125.4 during $T_1$ and $T_2$, respectively. Meanwhile, the optical polarization degree remained stable during the IXPE pointing, with average host-galaxy-corrected values of (4.3pm 0.7)<!PCT!> and (3.8pm 0.9)<!PCT!> during the $T_1$ and $T_2$, respectively. During the IXPE pointing, the optical polarization angle changed achromatically from sim 140 to sim 90 and back to sim 130 Despite several attempts, we only detected (99.7<!PCT!> conf.) the radio polarization once (during $T_2$, at 225.5 GHz): with degree (1.7pm 0.4)<!PCT!> and angle 112.5 The direction of the broad pc-scale jet is rather ambiguous and has been found to point to the east and south at different epochs; however, on larger scales (> 1.5 pc) the jet points toward the southeast (sim 135 similarly to all of the MW polarization angles. Moreover, the X-ray-to-optical polarization degree ratios of sim 7 and sim 4 during $T_1$ and $T_2$, respectively, are similar to previous IXPE results for several HSP blazars. These findings, combined with the lack of correlation of temporal variability between the MW polarization properties, agree with an energy-stratified shock-acceleration scenario in HSP blazars.

We present the first X-ray spectropolarimetric results for Cygnus X-1 in its soft state from a campaign of five IXPE observations conducted during 2023 May-June. Companion multiwavelength data during the campaign are likewise shown. The 2-8 keV X-rays exhibit a net polarization degree PD=1.99%+/-0.13% (68% confidence). The polarization signal is found to increase with energy across IXPE's 2-8 keV bandpass. The polarized X-rays exhibit an energy-independent polarization angle of PA=-25.7+/-1.8 deg. East of North (68% confidence). This is consistent with being aligned to Cyg X-1's AU-scale compact radio jet and its pc-scale radio lobes. In comparison to earlier hard-state observations, the soft state exhibits a factor of 2 lower polarization degree, but a similar trend with energy and a similar (also energy-independent) position angle. When scaling by the natural unit of the disk temperature, we find the appearance of a consistent trendline in the polarization degree between soft and hard states. Our favored polarimetric model indicates Cyg X-1's spin is likely high (a* above ~0.96). The substantial X-ray polarization in Cyg X-1's soft state is most readily explained as resulting from a large portion of X-rays emitted from the disk returning and reflecting off the disk surface, generating a high polarization degree and a polarization direction parallel to the black hole spin axis and radio jet. In IXPE's bandpass, the polarization signal is dominated by the returning reflection emission. This constitutes polarimetric evidence for strong gravitational lensing of X-rays close to the black hole.