We present the third Fermi Large Area Telescope (LAT) source catalog (3FGL) of sources in the 100 MeV–300 GeV range. Based on the first 4 yr of science data from the Fermi Gamma-ray Space Telescope mission, it is the deepest yet in this energy range. Relative to the Second Fermi LAT catalog, the 3FGL catalog incorporates twice as much data, as well as a number of analysis improvements, including improved calibrations at the event reconstruction level, an updated model for Galactic diffuse γ-ray emission, a refined procedure for source detection, and improved methods for associating LAT sources with potential counterparts at other wavelengths. The 3FGL catalog includes 3033 sources above significance, with source location regions, spectral properties, and monthly light curves for each. Of these, 78 are flagged as potentially being due to imperfections in the model for Galactic diffuse emission. Twenty-five sources are modeled explicitly as spatially extended, and overall 238 sources are considered as identified based on angular extent or correlated variability (periodic or otherwise) observed at other wavelengths. For 1010 sources we have not found plausible counterparts at other wavelengths. More than 1100 of the identified or associated sources are active galaxies of the blazar class; several other classes of non-blazar active galaxies are also represented in the 3FGL. Pulsars represent the largest Galactic source class. From source counts of Galactic sources we estimate that the contribution of unresolved sources to the Galactic diffuse emission is ∼3% at 1 GeV.

The dwarf spheroidal satellite galaxies (dSphs) of the Milky Way are some of the most dark matter (DM) dominated objects known. We report on gamma-ray observations of Milky Way dSphs based on 6 years of Fermi Large Area Telescope data processed with the new Pass 8 event-level analysis. None of the dSphs are significantly detected in gamma rays, and we present upper limits on the DM annihilation cross section from a combined analysis of 15 dSphs. These constraints are among the strongest and most robust to date and lie below the canonical thermal relic cross section for DM of mass $\lesssim$ 100 GeV annihilating via quark and $\tau$-lepton channels.

The γ-ray sky can be decomposed into individually detected sources, diffuse emission attributed to the interactions of Galactic cosmic rays with gas and radiation fields, and a residual all-sky emission component commonly called the isotropic diffuse γ-ray background (IGRB). The IGRB comprises all extragalactic emissions too faint or too diffuse to be resolved in a given survey, as well as any residual Galactic foregrounds that are approximately isotropic. The first IGRB measurement with the Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi) used 10 months of sky-survey data and considered an energy range between 200 MeV and 100 GeV. Improvements in event selection and characterization of cosmic-ray backgrounds, better understanding of the diffuse Galactic emission (DGE), and a longer data accumulation of 50 months allow for a refinement and extension of the IGRB measurement with the LAT, now covering the energy range from 100 MeV to 820 GeV. The IGRB spectrum shows a significant high-energy cutoff feature and can be well described over nearly four decades in energy by a power law with exponential cutoff having a spectral index of 2.32 ± 0.02 and a break energy of (279 ± 52) GeV using our baseline DGE model. The total intensity attributed to the IGRB is (7.2 ± 0.6) × 10−6 cm−2 s−1 sr−1 above 100 MeV, with an additional +15%/−30% systematic uncertainty due to the Galactic diffuse foregrounds.

The third catalog of active galactic nuclei (AGNs) detected by the Fermi-LAT (3LAC) is presented. It is based on the third Fermi-LAT catalog (3FGL) of sources detected between 100 MeV and 300 GeV with a Test Statistic (TS) greater than 25, between 2008 August 4 and 2012 July 31. The 3LAC includes 1591 AGNs located at high Galactic latitudes (|b|>10{\deg}), a 71% increase over the second catalog based on 2 years of data. There are 28 duplicate associations, thus 1563 of the 2192 high-latitude gamma-ray sources of the 3FGL catalog are AGNs. Most of them (98%) are blazars. About half of the newly detected blazars are of unknown type, i.e., they lack spectroscopic information of sufficient quality to determine the strength of their emission lines. Based on their gamma-ray spectral properties, these sources are evenly split between flat-spectrum radio quasars (FSRQs) and BL~Lacs. The most abundant detected BL~Lacs are of the high-synchrotron-peaked (HSP) type. About 50% of the BL~Lacs have no measured redshifts. A few new rare outliers (HSP-FSRQs and high-luminosity HSP BL~Lacs) are reported. The general properties of the 3LAC sample confirm previous findings from earlier catalogs. The fraction of 3LAC blazars in the total population of blazars listed in BZCAT remains non-negligible even at the faint ends of the BZCAT-blazar radio, optical and X-ray flux distributions, which is a clue that even the faintest known blazars could eventually shine in gamma rays at LAT-detection levels. The energy-flux distributions of the different blazar populations are in good agreement with extrapolation from earlier catalogs.

The Fermi Large Area Telescope (LAT) has provided the most detailed view to date of the emission towards the Galactic centre (GC) in high-energy gamma-rays. This paper describes the analysis of data taken during the first 62 months of the mission in the energy range 1-100 GeV from a $15^\circ \times 15^\circ$ region about the direction of the GC, and implications for the interstellar emissions produced by cosmic ray (CR) particles interacting with the gas and radiation fields in the inner Galaxy and for the point sources detected. Specialised interstellar emission models (IEMs) are constructed that enable separation of the gamma-ray emission from the inner $\sim 1$ kpc about the GC from the fore- and background emission from the Galaxy. Based on these models, the interstellar emission from CR electrons interacting with the interstellar radiation field via the inverse Compton (IC) process and CR nuclei inelastically scattering off the gas producing gamma-rays via $\pi^0$ decays from the inner $\sim 1$ kpc is determined. The IC contribution is found to be dominant in the region and strongly enhanced compared to previous studies. A catalog of point sources for the $15^\circ \times 15^\circ$ region is self-consistently constructed using these IEMs: the First Fermi-LAT Inner Galaxy point source Catalog (1FIG). After subtracting the interstellar emission and point-source contributions from the data a residual is found that is a sub-dominant fraction of the total flux. If spatial templates that peak toward the GC are used to model the positive residual and included in the total model for the $15^\circ \times 15^\circ$ region, the agreement with the data improves, but none of the additional templates account for all of the residual structure. The spectrum of the positive residual modelled with these templates has a strong dependence on the choice of IEM. [Abridged]

Dark matter in the Milky Way may annihilate directly into gamma rays, producing a monoenergetic spectral line. Therefore, detecting such a signature would be strong evidence for dark matter annihilation or decay. We search for spectral lines in the Fermi Large Area Telescope observations of the Milky Way halo in the energy range 200 MeV to 500 GeV using analysis methods from our most recent line searches. The main improvements relative to previous works are our use of 5.8 years of data reprocessed with the Pass 8 event-level analysis and the additional data resulting from the modified observing strategy designed to increase exposure of the Galactic center region. We searched in five sky regions selected to optimize sensitivity to different theoretically-motivated dark matter scenarios and find no significant detections. In addition to presenting the results from our search for lines, we also investigate the previously reported tentative detection of a line at 133 GeV using the new Pass 8 data.

We present a catalog of sources detected above 50 GeV by the {\it Fermi}-Large Area Telescope (LAT) in 80 months of data. The newly delivered Pass 8 event-level analysis allows the detection and characterization of sources in the 50 GeV--2 TeV energy range. In this energy band, {\it Fermi}-LAT has detected 360 sources, which constitute the second catalog of hard {\it Fermi}-LAT sources (2FHL). The improved angular resolution enables the precise localization of point sources ($\sim$1.7$'$ radius at 68 % C.~L.) and the detection and characterization of spatially extended sources. We find that 86 % of the sources can be associated with counterparts at other wavelengths, of which the majority (75 %) are active galactic nuclei and the rest (11 %) are Galactic sources. Only 25 % of the 2FHL sources have been previously detected by Cherenkov telescopes, implying that the 2FHL provides a reservoir of candidates to be followed up at very high energies. This work closes the energy gap between the observations performed at GeV energies by {\it Fermi}-LAT on orbit and the observations performed at higher energies by Cherenkov telescopes from the ground.

ABSTRACT Most of the celestial γ rays detected by the Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi Gamma-ray Space Telescope originate from the interstellar medium when energetic cosmic rays interact with interstellar nucleons and photons. Conventional point-source and extended-source studies rely on the modeling of this diffuse emission for accurate characterization. Here, we describe the development of the Galactic Interstellar Emission Model (GIEM), which is the standard adopted by the LAT Collaboration and is publicly available. This model is based on a linear combination of maps for interstellar gas column density in Galactocentric annuli and for the inverse-Compton emission produced in the Galaxy. In the GIEM, we also include large-scale structures like Loop I and the Fermi bubbles. The measured gas emissivity spectra confirm that the cosmic-ray proton density decreases with Galactocentric distance beyond 5 kpc from the Galactic Center. The measurements also suggest a softening of the proton spectrum with Galactocentric distance. We observe that the Fermi bubbles have boundaries with a shape similar to a catenary at latitudes below 20° and we observe an enhanced emission toward their base extending in the north and south Galactic directions and located within ∼4° of the Galactic Center.

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 report for the first time a gamma-ray and multi-wavelength nearly-periodic oscillation in an active galactic nucleus. Using the Fermi Large Area Telescope (LAT) we have discovered an apparent quasi-periodicity in the gamma-ray flux (E >100 MeV) from the GeV/TeV BL Lac object PG 1553+113. The marginal significance of the 2.18 +/-0.08 year-period gamma-ray cycle is strengthened by correlated oscillations observed in radio and optical fluxes, through data collected in the OVRO, Tuorla, KAIT, and CSS monitoring programs and Swift UVOT. The optical cycle appearing in ~10 years of data has a similar period, while the 15 GHz oscillation is less regular than seen in the other bands. Further long-term multi-wavelength monitoring of this blazar may discriminate among the possible explanations for this quasi-periodicity.