(Abridged) The 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 below 20 MeV to more than 300 GeV. This paper describes the LAT, its pre-flight expected performance, and summarizes the key science objectives that will be addressed. On-orbit performance will be presented in detail in a subsequent paper. The LAT is a pair-conversion telescope with a precision tracker and calorimeter, each consisting of a 4x4 array of 16 modules, a segmented anticoincidence detector that covers the tracker array, and a programmable trigger and data acquisition system. Each tracker module has a vertical stack of 18 x,y tracking planes, including two layers (x and y) of single-sided silicon strip detectors and high-Z converter material (tungsten) per tray. Every calorimeter module has 96 CsI(Tl) crystals, arranged in an 8 layer hodoscopic configuration with a total depth of 8.6 radiation lengths. The aspect ratio of the tracker (height/width) is 0.4 allowing a large field-of-view (2.4 sr). Data obtained with the LAT are intended to (i) permit rapid notification of high-energy gamma-ray bursts (GRBs) and transients and facilitate monitoring of variable sources, (ii) yield an extensive catalog of several thousand high-energy sources obtained from an all-sky survey, (iii) measure spectra from 20 MeV to more than 50 GeV for several hundred sources, (iv) localize point sources to 0.3 - 2 arc minutes, (v) map and obtain spectra of extended sources such as SNRs, molecular clouds, and nearby galaxies, (vi) measure the diffuse isotropic gamma-ray background up to TeV energies, and (vii) explore the discovery space for dark matter.

ABSTRACT We present a catalog of high-energy gamma-ray sources detected by the Large Area Telescope (LAT), the primary science instrument on the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi) , during the first 11 months of the science phase of the mission, which began on 2008 August 4. The First Fermi -LAT catalog (1FGL) contains 1451 sources detected and characterized in the 100 MeV to 100 GeV range. Source detection was based on the average flux over the 11 month period, and the threshold likelihood Test Statistic is 25, corresponding to a significance of just over 4σ. The 1FGL catalog includes source location regions, defined in terms of elliptical fits to the 95% confidence regions and power-law spectral fits as well as flux measurements in five energy bands for each source. In addition, monthly light curves are provided. Using a protocol defined before launch we have tested for several populations of gamma-ray sources among the sources in the catalog. For individual LAT-detected sources we provide firm identifications or plausible associations with sources in other astronomical catalogs. Identifications are based on correlated variability with counterparts at other wavelengths, or on spin or orbital periodicity. For the catalogs and association criteria that we have selected, 630 of the sources are unassociated. Care was taken to characterize the sensitivity of the results to the model of interstellar diffuse gamma-ray emission used to model the bright foreground, with the result that 161 sources at low Galactic latitudes and toward bright local interstellar clouds are flagged as having properties that are strongly dependent on the model or as potentially being due to incorrectly modeled structure in the Galactic diffuse emission.

We present the second catalog of high-energy gamma-ray sources detected by the Large Area Telescope (LAT), the primary science instrument on the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi), derived from data taken during the first 24 months of the science phase of the mission, which began on 2008 August 4. Source detection is based on the average flux over the 24-month period. The Second Fermi-LAT catalog (2FGL) includes source location regions, defined in terms of elliptical fits to the 95% confidence regions and spectral fits in terms of power-law, exponentially cutoff power-law, or log-normal forms. Also included are flux measurements in 5 energy bands and light curves on monthly intervals for each source. Twelve sources in the catalog are modeled as spatially extended. We provide a detailed comparison of the results from this catalog with those from the first Fermi-LAT catalog (1FGL). Although the diffuse Galactic and isotropic models used in the 2FGL analysis are improved compared to the 1FGL catalog, we attach caution flags to 162 of the sources to indicate possible confusion with residual imperfections in the diffuse model. The 2FGL catalog contains 1873 sources detected and characterized in the 100 MeV to 100 GeV range of which we consider 127 as being firmly identified and 1170 as being reliably associated with counterparts of known or likely gamma-ray-producing source classes.

Designed as a high-sensitivity gamma-ray observatory, the Fermi Large Area Telescope is also an electron detector with a large acceptance exceeding 2 m;{2} sr at 300 GeV. Building on the gamma-ray analysis, we have developed an efficient electron detection strategy which provides sufficient background rejection for measurement of the steeply falling electron spectrum up to 1 TeV. Our high precision data show that the electron spectrum falls with energy as E-3.0 and does not exhibit prominent spectral features. Interpretations in terms of a conventional diffusive model as well as a potential local extra component are briefly discussed.

(Abridged) We have conducted a detailed investigation of the broad-band spectral properties of the \gamma-ray selected blazars of the Fermi LAT Bright AGN Sample (LBAS). By combining our accurately estimated Fermi gamma-ray spectra with Swift, radio, infra-red, optical and other hard X-ray/gamma-ray data, collected within three months of the LBAS data taking period, we were able to assemble high-quality and quasi-simultaneous Spectral Energy Distributions (SED) for 48 LBAS blazars.The SED of these gamma-ray sources is similar to that of blazars discovered at other wavelengths, clearly showing, in the usual Log $\nu $ - Log $\nu$ F$_\nu$ representation, the typical broad-band spectral signatures normally attributed to a combination of low-energy synchrotron radiation followed by inverse Compton emission of one or more components. We have used these SEDs to characterize the peak intensity of both the low and the high-energy components. The results have been used to derive empirical relationships that estimate the position of the two peaks from the broad-band colors (i.e. the radio to optical and optical to X-ray spectral slopes) and from the gamma-ray spectral index. Our data show that the synchrotron peak frequency $\nu_p^S$ is positioned between 10$^{12.5}$ and 10$^{14.5}$ Hz in broad-lined FSRQs and between $10^{13}$ and $10^{17}$ Hz in featureless BL Lacertae objects.We find that the gamma-ray spectral slope is strongly correlated with the synchrotron peak energy and with the X-ray spectral index, as expected at first order in synchrotron - inverse Compton scenarios. However, simple homogeneous, one-zone, Synchrotron Self Compton (SSC) models cannot explain most of our SEDs, especially in the case of FSRQs and low energy peaked (LBL) BL Lacs. (...)

This catalog summarizes 117 high-confidence ⩾0.1 GeV gamma-ray pulsar detections using three years of data acquired by the Large Area Telescope (LAT) on the Fermi satellite. Half are neutron stars discovered using LAT data through periodicity searches in gamma-ray and radio data around LAT unassociated source positions. The 117 pulsars are evenly divided into three groups: millisecond pulsars, young radio-loud pulsars, and young radio-quiet pulsars. We characterize the pulse profiles and energy spectra and derive luminosities when distance information exists. Spectral analysis of the off-peak phase intervals indicates probable pulsar wind nebula emission for four pulsars, and off-peak magnetospheric emission for several young and millisecond pulsars. We compare the gamma-ray properties with those in the radio, optical, and X-ray bands. We provide flux limits for pulsars with no observed gamma-ray emission, highlighting a small number of gamma-faint, radio-loud pulsars. The large, varied gamma-ray pulsar sample constrains emission models. Fermi's selection biases complement those of radio surveys, enhancing comparisons with predicted population distributions.

Gamma-ray bursts (GRBs) are highly energetic explosions signaling the death of massive stars in distant galaxies. The Gamma-ray Burst Monitor and Large Area Telescope onboard the Fermi Observatory together record GRBs over a broad energy range spanning about 7 decades of gammaray energy. In September 2008, Fermi observed the exceptionally luminous GRB 080916C, with the largest apparent energy release yet measured. The high-energy gamma rays are observed to start later and persist longer than the lower energy photons. A simple spectral form fits the entire GRB spectrum, providing strong constraints on emission models. The known distance of the burst enables placing lower limits on the bulk Lorentz factor of the outflow and on the quantum gravity mass.

Gamma-ray bursts (GRBs) are the most powerful explosions in the universe and probe physics under extreme conditions. GRBs divide into two classes, of short and long duration, thought to originate from different types of progenitor systems. The physics of their gamma-ray emission is still poorly known, over 40 years after their discovery, but may be probed by their highest-energy photons. Here we report the first detection of high-energy emission from a short GRB with measured redshift, GRB 090510, using the Fermi Gamma-ray Space Telescope. We detect for the first time a GRB prompt spectrum with a significant deviation from the Band function. This can be interpreted as two distinct spectral components, which challenge the prevailing gamma-ray emission mechanism: synchrotron - synchrotron self-Compton. The detection of a 31 GeV photon during the first second sets the highest lower limit on a GRB outflow Lorentz factor, of >1200, suggesting that the outflows powering short GRBs are at least as highly relativistic as those powering long GRBs. Even more importantly, this photon sets limits on a possible linear energy dependence of the propagation speed of photons (Lorentz-invariance violation) requiring for the first time a quantum-gravity mass scale significantly above the Planck mass.

We report on the first Fermi Large Area Telescope (LAT) measurements of the so-called "extragalactic" diffuse gamma-ray emission (EGB). This component of the diffuse gamma-ray emission is generally considered to have an isotropic or nearly isotropic distribution on the sky with diverse contributions discussed in the literature. The derivation of the EGB is based on detailed modeling of the bright foreground diffuse Galactic gamma-ray emission, the detected LAT sources, and the solar gamma-ray emission. We find the spectrum of the EGB is consistent with a power law with a differential spectral index gamma = 2.41 +/- 0.05 and intensity I(>100 MeV) = (1.03 +/- 0.17) x 10(-5) cm(-2) s(-1) sr(-1), where the error is systematics dominated. Our EGB spectrum is featureless, less intense, and softer than that derived from EGRET data.

We present the first catalog of active galactic nuclei (AGNs) detected by the Large Area Telescope (LAT), corresponding to 11 months of data collected in scientific operation mode. The First LAT AGN Catalog (1LAC) includes 671 γ-ray sources located at high Galactic latitudes (|b|>10°) that are detected with a test statistic greater than 25 and associated statistically with AGNs. Some LAT sources are associated with multiple AGNs, and consequently, the catalog includes 709 AGNs, comprising 300 BL Lacertae objects, 296 flat-spectrum radio quasars, 41 AGNs of other types, and 72 AGNs of unknown type. We also classify the blazars based on their spectral energy distributions as archival radio, optical, and X-ray data permit. In addition to the formal 1LAC sample, we provide AGN associations for 51 low-latitude LAT sources and AGN "affiliations" (unquantified counterpart candidates) for 104 high-latitude LAT sources without AGN associations. The overlap of the 1LAC with existing γ-ray AGN catalogs (LBAS, EGRET, AGILE, Swift, INTEGRAL, TeVCat) is briefly discussed. Various properties—such as γ-ray fluxes and photon power-law spectral indices, redshifts, γ-ray luminosities, variability, and archival radio luminosities—and their correlations are presented and discussed for the different blazar classes. We compare the 1LAC results with predictions regarding the γ-ray AGN populations, and we comment on the power of the sample to address the question of the blazar sequence.