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 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.

We report on the gamma-ray activity of the high-synchrotron-peaked BL Lacertae object Mrk 421 during the first 1.5 years of Fermi operation, from 2008 August 5 to 2010 March 12. We find that the Large Area Telescope (LAT) gamma-ray spectrum above 0.3 GeV can be well-described by a power-law function with photon index Gamma=1.78 +/- 0.02 and average photon flux F(>0.3 GeV)=(7.23 +/- 0.16) x 10^{-8} ph cm^{-2} s^{-1}. Over this time period, the Fermi-LAT spectrum above 0.3 GeV was evaluated on 7-day-long time intervals, showing significant variations in the photon flux (up to a factor ~3 from the minimum to the maximum flux), but mild spectral variations. The variability amplitude at X-ray frequencies measured by RXTE/ASM and Swift/BAT is substantially larger than that in gamma-rays measured by Fermi-LAT, and these two energy ranges are not significantly correlated. We also present the first results from the 4.5-month-long multifrequency campaign on Mrk 421, which included the VLBA, Swift, RXTE, MAGIC, the F-GAMMA, GASP-WEBT, and other collaborations and instruments which provided excellent temporal and energy coverage of the source throughout the entire campaign (2009 January 19 to 2009 June 1). During this campaign, Mrk 421 showed a low activity at all wavebands. The extensive multi-instrument (radio to TeV) data set provides an unprecedented, complete look at the quiescent spectral energy distribution (SED) for this source. The broad band SED was reproduced with a leptonic (one-zone Synchrotron Self-Compton) and a hadronic model (Synchrotron Proton Blazar). Both frameworks are able to describe the average SED reasonably well, implying comparable jet powers but very different characteristics for the blazar emission site.

The fourth catalog of active galactic nuclei (AGNs) detected by the Fermi Gamma-ray Space Telescope Large Area Telescope (4LAC) between 2008 August 4 and 2016 August 2 contains 2863 objects located at high Galactic latitudes (|b|>10{\deg}). It includes 85% more sources than the previous 3LAC catalog based on 4 years of data. AGNs represent at least 79% of the high-latitude sources in the fourth Fermi-Large Area Telescope Source Catalog (4FGL), which covers the energy range from 50 MeV to 1 TeV. In addition, 344 gamma-ray AGNs are found at low Galactic latitudes. Most of the 4LAC AGNs are blazars (98%), while the remainder are other types of AGNs. The blazar population consists of 24% Flat Spectrum Radio Quasars (FSRQs), 38% BL Lac-type objects (BL Lacs), and 38% blazar candidates of unknown types (BCUs). On average, FSRQs display softer spectra and stronger variability in the gamma-ray band than BL Lacs do, confirming previous findings. All AGNs detected by ground-based atmospheric Cherenkov telescopes are also found in the 4LAC.

The extragalactic background light (EBL) from the far infrared through the visible and extending into the ultraviolet is thought to be dominated by starlight, either through direct emission or through absorption and reradiation by dust. This is the most important energy range for absorbing $\g$-rays from distant sources such as blazars and gamma-ray bursts and producing electron positron pairs. In previous work we presented EBL models in the optical through ultraviolet by consistently taking into account the star formation rate (SFR), initial mass function (IMF) and dust extinction, and treating stars on the main sequence as blackbodies. This technique is extended to include post-main sequence stars and reprocessing of starlight by dust. In our simple model, the total energy absorbed by dust is assumed to be re-emitted as three blackbodies in the infrared, one at 40 K representing warm, large dust grains, one at 70 K representing hot, small dust grains, and one at 450 K representing polycyclic aromatic hydrocarbons. We find our best fit model combining the Hopkins and Beacom SFR using the Cole et al. parameterization with the Baldry and Glazebrook IMF agrees with available luminosity density data at a variety of redshifts. Our resulting EBL energy density is quite close to the lower limits from galaxy counts and in some cases below the lower limits, and agrees fairly well with other recent EBL models shortward of about 5 $\mu$m. Deabsorbing TeV $\g$-ray spectra of various blazars with our EBL model gives results consistent with simple shock acceleration theory. We also find that the universe should be optically thin to $\g$-rays with energies less than 20 GeV.

The observations of the exceptionally bright gamma-ray burst (GRB) 130427A by the Large Area Telescope aboard the Fermi Gamma-ray Space Telescope provide constraints on the nature of these unique astrophysical sources. GRB 130427A had the largest fluence, highest-energy photon (95 GeV), longest γ-ray duration (20 hours), and one of the largest isotropic energy releases ever observed from a GRB. Temporal and spectral analyses of GRB 130427A challenge the widely accepted model that the nonthermal high-energy emission in the afterglow phase of GRBs is synchrotron emission radiated by electrons accelerated at an external shock.

ABSTRACT The recent detection of gamma-ray burst GRB 221009A has attracted attention due to its record brightness and first-ever detection of $\gtrsim 10$ TeV gamma-rays from a GRB. Despite being the second-nearest GRB ever detected, at a redshift of $z=0.151$, the distance is large enough for severe attenuation of gamma-ray flux at these energies due to $\gamma \gamma \rightarrow e^\pm$ pair production with the extragalactic background light (EBL). Here, we investigate whether the presence of cosmic voids along the line of sight can significantly impact the detectability of very high energy (VHE, $\gt $100 GeV) gamma-rays from distant sources. Notably, we find that the gamma–gamma opacity for VHE gamma-rays can be reduced by approximately 10 per cent and up to 30 per cent at around 13 TeV, the highest-energy photon detected from GRB 221009A, for intervening cosmic voids along the line of sight with a combined radius of 110 Mpc, typically found from void catalogues, and 250 Mpc, respectively. This reduction is substantially higher for TeV photons compared to GeV photons, attributable to the broader target photon spectrum that TeV photons interact with. This finding implies that VHE photons are more susceptible to variations in the EBL spectrum, especially in regions dominated by cosmic voids. Our study sheds light on the detection of $\gtrsim 10$ TeV gamma-rays from GRB 221009A in particular, and on the detection of extragalactic VHE sources in general.

In this study, a model for light travel time effects for emission from a plasma blob in a blazar jet is presented. This calculation could be incorporated into more complex models with particle acceleration and radiation mechanisms, but as presented here, it is agnostic to these mechanisms. This model includes light travel time effects for an expanding or contracting blob. As examples, this model is applied to a flare observed by VERITAS and MAGIC from Mrk 421 in 2013 and a flare observed by the Fermi Large Area Telescope from 3C 454.3 in 2010.