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.

(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. (...)

The gamma-ray sky >100 MeV is dominated by the diffuse emissions from interactions of cosmic rays with the interstellar gas and radiation fields of the Milky Way. Observations of these diffuse emissions provide a tool to study cosmic-ray origin and propagation, and the interstellar medium. We present measurements from the first 21 months of the Fermi-LAT mission and compare with models of the diffuse gamma-ray emission generated using the GALPROP code. The models are fitted to cosmic-ray data and incorporate astrophysical input for the distribution of cosmic-ray sources, interstellar gas and radiation fields. To assess uncertainties associated with the astrophysical input, a grid of models is created by varying within observational limits the distribution of cosmic-ray sources, the size of the cosmic-ray confinement volume (halo), and the distribution of interstellar gas. An all-sky maximum-likelihood fit is used to determine the Xco-factor, the ratio between integrated CO-line intensity and molecular hydrogen column density, the fluxes and spectra of the gamma-ray point sources from the first Fermi-LAT catalogue, and the intensity and spectrum of the isotropic background including residual cosmic rays that were misclassified as gamma rays, all of which have some dependency on the assumed diffuse emission model. The models are compared on the basis of their maximum likelihood ratios as well as spectra, longitude, and latitude profiles. We also provide residual maps for the data following subtraction of the diffuse emission models. The models are consistent with the data at high and intermediate latitudes but under-predict the data in the inner Galaxy for energies above a few GeV. Possible explanations for this discrepancy are discussed, including the contribution by undetected point source populations and spectral variations of cosmic rays throughout the Galaxy. [Abridged]

The second catalog of active galactic nuclei (AGNs) detected by the Fermi Large Area Telescope (LAT) in two years of scientific operation is presented. The second LAT AGN catalog (2LAC) includes 1017 γ-ray sources located at high Galactic latitudes (|b| > 10°) that are detected with a test statistic (TS) greater than 25 and associated statistically with AGNs. However, some of these are affected by analysis issues and some are associated with multiple AGNs. Consequently, we define a Clean Sample which includes 886 AGNs, comprising 395 BL Lacertae objects (BL Lac objects), 310 flat-spectrum radio quasars (FSRQs), 157 candidate blazars of unknown type (i.e., with broadband blazar characteristics but with no optical spectral measurement yet), 8 misaligned AGNs, 4 narrow-line Seyfert 1 (NLS1s), 10 AGNs of other types, and 2 starburst galaxies. Where possible, the blazars have been further classified based on their spectral energy distributions (SEDs) as archival radio, optical, and X-ray data permit. While almost all FSRQs have a synchrotron-peak frequency <1014 Hz, about half of the BL Lac objects have a synchrotron-peak frequency >1015 Hz. The 2LAC represents a significant improvement relative to the first LAT AGN catalog (1LAC), with 52% more associated sources. The full characterization of the newly detected sources will require more broadband data. 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. The general trends observed in 1LAC are confirmed.

We measured separate cosmic-ray electron and positron spectra with the Fermi Large Area Telescope. Because the instrument does not have an onboard magnet, we distinguish the two species by exploiting the Earth's shadow, which is offset in opposite directions for opposite charges due to the Earth's magnetic field. We estimate and subtract the cosmic-ray proton background using two different methods that produce consistent results. We report the electron-only spectrum, the positron-only spectrum, and the positron fraction between 20 GeV and 200 GeV. We confirm that the fraction rises with energy in the 20-100 GeV range. The three new spectral points between 100 and 200 GeV are consistent with a fraction that is continuing to rise with energy.

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.

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.

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.

The dramatic increase in the number of known gamma-ray pulsars since the launch of the Fermi Gamma-ray Space Telescope (formerly GLAST) offers the first opportunity to study a sizable population of these high-energy objects. This catalog summarizes 46 high-confidence pulsed detections using the first six months of data taken by the Large Area Telescope (LAT), Fermi's main instrument. Sixteen previously unknown pulsars were discovered by searching for pulsed signals at the positions of bright gamma-ray sources seen with the LAT, or at the positions of objects suspected to be neutron stars based on observations at other wavelengths. The dimmest observed flux among these gamma-ray-selected pulsars is 6.0 × 10−8 ph cm−2 s−1 (for E>100 MeV). Pulsed gamma-ray emission was discovered from 24 known pulsars by using ephemerides (timing solutions) derived from monitoring radio pulsars. Eight of these new gamma-ray pulsars are millisecond pulsars. The dimmest observed flux among the radio-selected pulsars is 1.4 × 10−8 ph cm−2 s−1 (for E>100 MeV). The remaining six gamma-ray pulsars were known since the Compton Gamma Ray Observatory mission, or before. The limiting flux for pulse detection is non-uniform over the sky owing to different background levels, especially near the Galactic plane. The pulsed energy spectra can be described by a power law with an exponential cutoff, with cutoff energies in the range ∼1–5 GeV. The rotational energy-loss rate (Ė) of these neutron stars spans five decades, from ∼3 × 1033 erg s−1 to 5 × 1038 erg s−1, and the apparent efficiencies for conversion to gamma-ray emission range from ∼0.1% to ∼ unity, although distance uncertainties complicate efficiency estimates. The pulse shapes show substantial diversity, but roughly 75% of the gamma-ray pulse profiles have two peaks, separated by ≳0.2 of rotational phase. For most of the pulsars, gamma-ray emission appears to come mainly from the outer magnetosphere, while polar-cap emission remains plausible for a remaining few. Spatial associations imply that many of these pulsars power pulsar wind nebulae. Finally, these discoveries suggest that gamma-ray-selected young pulsars are born at a rate comparable to that of their radio-selected cousins and that the birthrate of all young gamma-ray-detected pulsars is a substantial fraction of the expected Galactic supernova rate.