We present the fourth Fermi Large Area Telescope catalog (4FGL) of gamma-ray sources. Based on the first eight years of science data from the Fermi Gamma-ray Space Telescope mission in the energy range from 50 MeV to 1 TeV, it is the deepest yet in this energy range. Relative to the 3FGL catalog, the 4FGL catalog has twice as much exposure as well as a number of analysis improvements, including an updated model for the Galactic diffuse gamma-ray emission, and two sets of light curves (1-year and 2-month intervals). The 4FGL catalog includes 5064 sources above 4 sigma significance, for which we provide localization and spectral properties. Seventy-five sources are modeled explicitly as spatially extended, and overall 358 sources are considered as identified based on angular extent, periodicity or correlated variability observed at other wavelengths. For 1336 sources we have not found plausible counterparts at other wavelengths. More than 3130 of the identified or associated sources are active galaxies of the blazar class, and 239 are pulsars.

The region around the Galactic center (GC) is now well established to be brighter at energies of a few GeV than expected from conventional models of diffuse gamma-ray emission and catalogs of known gamma-ray sources. We study the GeV excess using 6.5 years of data from the Fermi Large Area Telescope. We characterize the uncertainty of the GC excess spectrum and morphology due to uncertainties in cosmic-ray source distributions and propagation, uncertainties in the distribution of interstellar gas in the Milky Way, and uncertainties due to a potential contribution from the Fermi bubbles. We also evaluate uncertainties in the excess properties due to resolved point sources of gamma rays. The Galactic center is of particular interest as it would be expected to have the brightest signal from annihilation of weakly interacting massive dark matter particles. However, control regions along the Galactic plane, where a dark-matter signal is not expected, show excesses of similar amplitude relative to the local background. Based on the magnitude of the systematic uncertainties, we conservatively report upper limits for the annihilation cross section as function of particle mass and annihilation channel.

We present a catalog of sources detected above 10 GeV by the Fermi Large Area Telescope (LAT) in the first 7 years of data using the Pass 8 event-level analysis. This is the Third Catalog of Hard Fermi-LAT Sources (3FHL), containing 1556 objects characterized in the 10 GeV - 2 TeV energy range. The sensitivity and angular resolution are improved by factors of 3 and 2 relative to the previous LAT catalog at the same energies (1FHL). The vast majority of detected sources (79%) are associated with extragalactic counterparts at other wavelengths, including 16 sources located at very high redshift ($z>2$). Eight percent of the sources have Galactic counterparts and 13% are unassociated (or associated with a source of unknown nature). The high-latitude sky and the Galactic plane are observed with a flux sensitivity of 4.4 to 9.5$\times 10^{-11}$ ph cm$^{-2}$ s$^{-1}$, respectively (this is approximately 0.5% and 1% of the Crab Nebula flux above 10 GeV). The catalog includes 214 new $\gamma$-ray sources. The substantial increase in the number of photons (more than 4 times relative to 1FHL and 10 times to 2FHL) also allows us to measure significant spectral curvature for 32 sources and find flux variability for 163 of them. Furthermore, we estimate that for the same flux limit of $10^{-12}$ erg cm$^{-2}$ s$^{-1}$, the energy range above 10 GeV has twice as many sources as above 50 GeV, highlighting the importance, for future Cherenkov telescopes, of lowering the energy threshold as much as possible.

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.

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.

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 version 2 of the DRAGON code designed for computing realistic predictions of the CR densities in the Galaxy. The code numerically solves the interstellar CR transport equation (including inhomogeneous and anisotropic diffusion, either in space and momentum, advective transport and energy losses), under realistic conditions. The new version includes an updated numerical solver and several models for the astrophysical ingredients involved in the transport equation. Improvements in the accuracy of the numerical solution are proved against analytical solutions and in reference diffusion scenarios. The novel features implemented in the code allow to simulate the diverse scenarios proposed to reproduce the most recent measurements of local and diffuse CR fluxes, going beyond the limitations of the homogeneous galactic transport paradigm. To this end, several applications using DRAGON2 are presented as well. This new version facilitates the users to include their own physical models by means of a modular C++ structure.

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.

We employ a data-driven approach to investigate the rigidity and spatial dependence of the diffusion of cosmic rays in the turbulent magnetic field of the Milky Way. Our analysis combines datasets from the experiments Voyager, AMS-02, CALET, and DAMPE for a range of cosmic ray nuclei from protons to oxygen. Our findings favor models with a smooth behavior in the diffusion coefficient, indicating a good qualitative agreement with the predictions of self-generated magnetic turbulence models. Instead, the current cosmic-ray data do not exhibit a clear preference for or against inhomogeneous diffusion, which is also a prediction of these models. Future progress might be possible by combining cosmic-ray data with gamma rays or radio observations, enabling a more comprehensive exploration.

Abstract Recent results from numerical simulations and models of galaxy formation suggest that recently discovered ultrafaint compact stellar systems (UFCSs) in the halo of the Milky Way (MW) may be some of the smallest and faintest galaxies. If this is the case, these systems would be attractive targets for indirect searches of weakly interacting massive particle dark matter (DM) annihilation due to their relative proximity and high expected DM content. In this study, we analyze 14.3 yr of γ -ray data collected by the Fermi-Large Area Telescope coincident with 26 UFCSs. No significant excess γ -ray emission is detected, and we present γ -ray flux upper limits for these systems. Assuming that the UFCSs are DM-dominated galaxies consistent with being among the faintest and least massive MW dwarf spheroidal (dSph) satellite galaxies, we derive the projected sensitivity for a DM annihilation signal. We find that observations of UFCSs have the potential to yield some of the most powerful constraints on DM annihilation, with sensitivity comparable to observations of known dSphs and the Galactic center. This result emphasizes the importance of precise kinematic studies of UFCSs to empirically determine their DM content.