On 2017 August 17 a binary neutron star coalescence candidate (later designated GW170817) with merger time 12:41:04 UTC was observed through gravitational waves by the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors. The Fermi Gamma-ray Burst Monitor independently detected a gamma-ray burst (GRB 170817A) with a time delay of $\sim$1.7 s with respect to the merger time. From the gravitational-wave signal, the source was initially localized to a sky region of 31 deg$^2$ at a luminosity distance of $40^{+8}_{-8}$ Mpc and with component masses consistent with neutron stars. The component masses were later measured to be in the range 0.86 to 2.26 Msun. An extensive observing campaign was launched across the electromagnetic spectrum leading to the discovery of a bright optical transient (SSS17a, now with the IAU identification of AT 2017gfo) in NGC 4993 (at $\sim$40 Mpc) less than 11 hours after the merger by the One-Meter, Two Hemisphere (1M2H) team using the 1 m Swope Telescope. The optical transient was independently detected by multiple teams within an hour. Subsequent observations targeted the object and its environment. Early ultraviolet observations revealed a blue transient that faded within 48 hours. Optical and infrared observations showed a redward evolution over $\sim$10 days. Following early non-detections, X-ray and radio emission were discovered at the transient's position $\sim$9 and $\sim$16 days, respectively, after the merger. Both the X-ray and radio emission likely arise from a physical process that is distinct from the one that generates the UV/optical/near-infrared emission. No ultra-high-energy gamma-rays and no neutrino candidates consistent with the source were found in follow-up searches. (Abridged)

The measurement of an excess in the cosmic-ray electron spectrum between 300 and 800 GeV by the ATIC experiment has - together with the PAMELA detection of a rise in the positron fraction up to 100 GeV - motivated many interpretations in terms of dark matter scenarios; alternative explanations assume a nearby electron source like a pulsar or supernova remnant. Here we present a measurement of the cosmic-ray electron spectrum with H.E.S.S. starting at 340 GeV. While the overall electron flux measured by H.E.S.S. is consistent with the ATIC data within statistical and systematic errors, the H.E.S.S. data exclude a pronounced peak in the electron spectrum as suggested for interpretation by ATIC. The H.E.S.S. data follow a power-law spectrum with spectral index of 3.0 +- 0.1 (stat.) +- 0.3 (syst.), which steepens at about 1 TeV.

Deep γ-ray observations of the Galactic Centre with arcminute angular resolution show traces of petaelectronvolt protons within the central ten parsecs of our Galaxy; the accelerator of these particles could have provided a substantial contribution to Galactic cosmic rays in the past. This paper from the HESS (High Energy Stereoscopic System) Collaboration presents deep γ-ray observations with arcminute angular resolution of the Galactic Centre regions, which show the tracer of the presence of particles accelerated to energies of at least a few petaelectronvolts (1 PeV = 1015 electronvolts) within the central 10 parsecs of our Galaxy. This is consistent with previous observations of PeV Galactic cosmic rays and requires the presence of a source capable of accelerating particles to such extreme energies. The authors argue that the source is the supermassive black hole Sagittarius A*. Although the current rate of particle acceleration due to Sagittarius A* is not sufficient to provide a substantial contribution to Galactic cosmic rays, it could have plausibly been more active in the past. Galactic cosmic rays reach energies of at least a few petaelectronvolts1 (of the order of 1015 electronvolts). This implies that our Galaxy contains petaelectronvolt accelerators (‘PeVatrons’), but all proposed models of Galactic cosmic-ray accelerators encounter difficulties at exactly these energies2. Dozens of Galactic accelerators capable of accelerating particles to energies of tens of teraelectronvolts (of the order of 1013 electronvolts) were inferred from recent γ-ray observations3. However, none of the currently known accelerators—not even the handful of shell-type supernova remnants commonly believed to supply most Galactic cosmic rays—has shown the characteristic tracers of petaelectronvolt particles, namely, power-law spectra of γ-rays extending without a cut-off or a spectral break to tens of teraelectronvolts4. Here we report deep γ-ray observations with arcminute angular resolution of the region surrounding the Galactic Centre, which show the expected tracer of the presence of petaelectronvolt protons within the central 10 parsecs of the Galaxy. We propose that the supermassive black hole Sagittarius A* is linked to this PeVatron. Sagittarius A* went through active phases in the past, as demonstrated by X-ray outbursts5and an outflow from the Galactic Centre6. Although its current rate of particle acceleration is not sufficient to provide a substantial contribution to Galactic cosmic rays, Sagittarius A* could have plausibly been more active over the last 106–107 years, and therefore should be considered as a viable alternative to supernova remnants as a source of petaelectronvolt Galactic cosmic rays.

The LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) is an ongoing sensitive, high-resolution 120-168MHz survey of the entire northern sky for which observations are now 20% complete. We present our first full-quality public data release. For this data release 424 square degrees, or 2% of the eventual coverage, in the region of the HETDEX Spring Field (right ascension 10h45m00s to 15h30m00s and declination 45$^\circ$00$'$00$''$ to 57$^\circ$00$'$00$''$) were mapped using a fully automated direction-dependent calibration and imaging pipeline that we developed. A total of 325,694 sources are detected with a signal of at least five times the noise, and the source density is a factor of $\sim 10$ higher than the most sensitive existing very wide-area radio-continuum surveys. The median sensitivity is S$_{\rm 144 MHz} = 71\,\mu$Jy beam$^{-1}$ and the point-source completeness is 90% at an integrated flux density of 0.45mJy. The resolution of the images is 6$''$ and the positional accuracy is within 0.2$''$. This data release consists of a catalogue containing location, flux, and shape estimates together with 58 mosaic images that cover the catalogued area. In this paper we provide an overview of the data release with a focus on the processing of the LOFAR data and the characteristics of the resulting images. In two accompanying papers we provide the radio source associations and deblending and, where possible, the optical identifications of the radio sources together with the photometric redshifts and properties of the host galaxies. These data release papers are published together with a further $\sim$20 articles that highlight the scientific potential of LoTSS.

We present the results of the most comprehensive survey of the Galactic plane in very high-energy (VHE) gamma-rays, including a public release of Galactic sky maps, a catalog of VHE sources, and the discovery of 16 new sources of VHE gamma-rays. The High Energy Spectroscopic System (H.E.S.S.) Galactic plane survey (HGPS) was a decade-long observation program carried out by the H.E.S.S. I array of Cherenkov telescopes in Namibia from 2004 to 2013. The observations amount to nearly 2700 h of data, covering the Galactic plane at longitudes from l = 250 deg to 65 deg and latitudes |b| < 3 deg. In addition to the unprecedented spatial coverage, the HGPS also features a relatively high angular resolution (0.08 deg), sensitivity (1.5% Crab flux for point-like sources), and energy range (0.2-100 TeV). We constructed a source catalog with a systematic procedure for both source detection and characterization of morphology and spectrum. We present this method, including the introduction of a model component to account for unresolved, large-scale emission along the Galactic plane. In total, the resulting HGPS catalog contains 78 VHE sources, of which 14 are not reanalyzed here. Where possible, we provide a firm identification of the VHE source or plausible associations with sources in other astronomical catalogs. We also studied the characteristics of the VHE sources with source parameter distributions. 16 new sources were previously unknown or unpublished, and we individually discuss their identifications or possible associations. We firmly identified 31 sources as pulsar wind nebulae (PWNe), supernova remnants (SNRs), composite SNRs, or gamma-ray binaries. Among the 47 sources not yet identified, most of them (36) have possible associations with cataloged objects, notably PWNe and energetic pulsars that could power VHE PWNe.

The inner region of the Milky Way halo harbors a large amount of dark matter (DM). Given its proximity, it is one of the most promising targets to look for DM. We report on a search for the annihilations of DM particles using γ-ray observations towards the inner 300 pc of the Milky Way, with the H.E.S.S. array of ground-based Cherenkov telescopes. The analysis is based on a 2D maximum likelihood method using Galactic Center (GC) data accumulated by H.E.S.S. over the last 10 years (2004-2014), and does not show any significant γ-ray signal above background. Assuming Einasto and Navarro-Frenk-White DM density profiles at the GC, we derive upper limits on the annihilation cross section ⟨σv⟩. These constraints are the strongest obtained so far in the TeV DM mass range and improve upon previous limits by a factor 5. For the Einasto profile, the constraints reach ⟨σv⟩ values of 6×10^{-26} cm^{3} s^{-1} in the W^{+}W^{-} channel for a DM particle mass of 1.5 TeV, and 2×10^{-26} cm^{3} s^{-1} in the τ^{+}τ^{-} channel for a 1 TeV mass. For the first time, ground-based γ-ray observations have reached sufficient sensitivity to probe ⟨σv⟩ values expected from the thermal relic density for TeV DM particles.

In this data release from the LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) we present 120-168MHz images covering 27% of the northern sky. Our coverage is split into two regions centred at approximately 12h45m +44$^\circ$30' and 1h00m +28$^\circ$00' and spanning 4178 and 1457 square degrees respectively. The images were derived from 3,451hrs (7.6PB) of LOFAR High Band Antenna data which were corrected for the direction-independent instrumental properties as well as direction-dependent ionospheric distortions during extensive, but fully automated, data processing. A catalogue of 4,396,228 radio sources is derived from our total intensity (Stokes I) maps, where the majority of these have never been detected at radio wavelengths before. At 6" resolution, our full bandwidth Stokes I continuum maps with a central frequency of 144MHz have: a median rms sensitivity of 83$\mu$Jy/beam; a flux density scale accuracy of approximately 10%; an astrometric accuracy of 0.2"; and we estimate the point-source completeness to be 90% at a peak brightness of 0.8mJy/beam. By creating three 16MHz bandwidth images across the band we are able to measure the in-band spectral index of many sources, albeit with an error on the derived spectral index of +/-0.2 which is a consequence of our flux-density scale accuracy and small fractional bandwidth. Our circular polarisation (Stokes V) 20" resolution 120-168MHz continuum images have a median rms sensitivity of 95$\mu$Jy/beam, and we estimate a Stokes I to Stokes V leakage of 0.056%. Our linear polarisation (Stokes Q and Stokes U) image cubes consist of 480 x 97.6 kHz wide planes and have a median rms sensitivity per plane of 10.8mJy/beam at 4' and 2.2mJy/beam at 20"; we estimate the Stokes I to Stokes Q/U leakage to be approximately 0.2%. Here we characterise and publicly release our Stokes I, Q, U and V images in addition to the calibrated uv-data.

A search for a very-high-energy (VHE; ≥100 GeV) γ-ray signal from self-annihilating particle dark matter (DM) is performed towards a region of projected distance r∼45-150 pc from the Galactic center. The background-subtracted γ-ray spectrum measured with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) γ-ray instrument in the energy range between 300 GeV and 30 TeV shows no hint of a residual γ-ray flux. Assuming conventional Navarro-Frenk-White and Einasto density profiles, limits are derived on the velocity-weighted annihilation cross section (σv) as a function of the DM particle mass. These are among the best reported so far for this energy range and in particular differ only little between the chosen density profile parametrizations. In particular, for the DM particle mass of ∼1 TeV, values for (σv) above 3×10(-25) cm(3) s(-1) are excluded for the Einasto density profile.

Gamma-ray line signatures can be expected in the very-high-energy (${E}_{\ensuremath{\gamma}}>100\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$) domain due to self-annihilation or decay of dark matter (DM) particles in space. Such a signal would be readily distinguishable from astrophysical $\ensuremath{\gamma}$-ray sources that in most cases produce continuous spectra that span over several orders of magnitude in energy. Using data collected with the H.E.S.S. $\ensuremath{\gamma}$-ray instrument, upper limits on linelike emission are obtained in the energy range between $\ensuremath{\sim}500\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$ and $\ensuremath{\sim}25\text{ }\text{ }\mathrm{TeV}$ for the central part of the Milky Way halo and for extragalactic observations, complementing recent limits obtained with the Fermi-LAT instrument at lower energies. No statistically significant signal could be found. For monochromatic $\ensuremath{\gamma}$-ray line emission, flux limits of $(2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}7}--2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}5})\text{ }\text{ }{\mathrm{m}}^{\ensuremath{-}2}\text{ }{\mathrm{s}}^{\ensuremath{-}1}\text{ }{\mathrm{sr}}^{\ensuremath{-}1}$ and $(1\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}8}--2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}6})\text{ }\text{ }{\mathrm{m}}^{\ensuremath{-}2}\text{ }{\mathrm{s}}^{\ensuremath{-}1}\text{ }{\mathrm{sr}}^{\ensuremath{-}1}$ are obtained for the central part of the Milky Way halo and extragalactic observations, respectively. For a DM particle mass of 1 TeV, limits on the velocity-averaged DM annihilation cross section $⟨\ensuremath{\sigma}v{⟩}_{\ensuremath{\chi}\ensuremath{\chi}\ensuremath{\rightarrow}\ensuremath{\gamma}\ensuremath{\gamma}}$ reach $\ensuremath{\sim}{10}^{\ensuremath{-}27}\text{ }\text{ }{\mathrm{cm}}^{3}\text{ }{\mathrm{s}}^{\ensuremath{-}1}$, based on the Einasto parametrization of the Galactic DM halo density profile.