The dwarf spheroidal satellite galaxies (dSphs) of the Milky Way are some of the most dark matter (DM) dominated objects known. We report on gamma-ray observations of Milky Way dSphs based on 6 years of Fermi Large Area Telescope data processed with the new Pass 8 event-level analysis. None of the dSphs are significantly detected in gamma rays, and we present upper limits on the DM annihilation cross section from a combined analysis of 15 dSphs. These constraints are among the strongest and most robust to date and lie below the canonical thermal relic cross section for DM of mass $\lesssim$ 100 GeV annihilating via quark and $\tau$-lepton channels.

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 an incremental version (4FGL-DR3, for Data Release 3) of the fourth Fermi-LAT catalog of gamma-ray sources. Based on the first twelve years of science data in the energy range from 50 MeV to 1 TeV, it contains 6658 sources. The analysis improves on that used for the 4FGL catalog over eight years of data: more sources are fit with curved spectra, we introduce a more robust spectral parameterization for pulsars, and we extend the spectral points to 1 TeV. The spectral parameters, spectral energy distributions, and associations are updated for all sources. Light curves are rebuilt for all sources with 1 yr intervals (not 2 month intervals). Among the 5064 original 4FGL sources, 16 were deleted, 112 are formally below the detection threshold over 12 yr (but are kept in the list), while 74 are newly associated, 10 have an improved association, and seven associations were withdrawn. Pulsars are split explicitly between young and millisecond pulsars. Pulsars and binaries newly detected in LAT sources, as well as more than 100 newly classified blazars, are reported. We add three extended sources and 1607 new point sources, mostly just above the detection threshold, among which eight are considered identified, and 699 have a plausible counterpart at other wavelengths. We discuss degree-scale residuals to the global sky model and clusters of soft unassociated point sources close to the Galactic plane, which are possibly related to limitations of the interstellar emission model and missing extended sources.

The Fermi bubbles are two large structures in the gamma-ray sky extending to 55° above and below the Galactic center. We analyze 50 months of Fermi Large Area Telescope data between 100 MeV and 500 GeV above 10° in Galactic latitude to derive the spectrum and morphology of the Fermi bubbles. We thoroughly explore the systematic uncertainties that arise when modeling the Galactic diffuse emission through two separate approaches. The gamma-ray spectrum is well described by either a log parabola or a power law with an exponential cutoff. We exclude a simple power law with more than 7σ significance. The power law with an exponential cutoff has an index of 1.9 ± 0.2 and a cutoff energy of 110 ± 50 GeV. We find that the gamma-ray luminosity of the bubbles is erg s−1. We confirm a significant enhancement of gamma-ray emission in the southeastern part of the bubbles, but we do not find significant evidence for a jet. No significant variation of the spectrum across the bubbles is detected. The width of the boundary of the bubbles is estimated to be deg. Both inverse Compton (IC) models and hadronic models including IC emission from secondary leptons fit the gamma-ray data well. In the IC scenario, synchrotron emission from the same population of electrons can also explain the WMAP and Planck microwave haze with a magnetic field between 5 and 20 μG.

ABSTRACT Most of the celestial γ rays detected by the Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi Gamma-ray Space Telescope originate from the interstellar medium when energetic cosmic rays interact with interstellar nucleons and photons. Conventional point-source and extended-source studies rely on the modeling of this diffuse emission for accurate characterization. Here, we describe the development of the Galactic Interstellar Emission Model (GIEM), which is the standard adopted by the LAT Collaboration and is publicly available. This model is based on a linear combination of maps for interstellar gas column density in Galactocentric annuli and for the inverse-Compton emission produced in the Galaxy. In the GIEM, we also include large-scale structures like Loop I and the Fermi bubbles. The measured gas emissivity spectra confirm that the cosmic-ray proton density decreases with Galactocentric distance beyond 5 kpc from the Galactic Center. The measurements also suggest a softening of the proton spectrum with Galactocentric distance. We observe that the Fermi bubbles have boundaries with a shape similar to a catenary at latitudes below 20° and we observe an enhanced emission toward their base extending in the north and south Galactic directions and located within ∼4° of the Galactic Center.

Abstract A 2.1 yr periodic oscillation of the gamma-ray flux from the blazar PG 1553+113 has previously been tentatively identified in ∼7 yr of data from the Fermi Large Area Telescope. After 15 yr of Fermi sky-survey observations, doubling the total time range, we report >7 cycle gamma-ray modulation with an estimated significance of 4 σ against stochastic red noise. Independent determinations of oscillation period and phase in the earlier and the new data are in close agreement (chance probability <0.01). Pulse timing over the full light curve is also consistent with a coherent periodicity. Multiwavelength new data from Swift X-Ray Telescope, Burst Alert Telescope, and UVOT, and from KAIT, Catalina Sky Survey, All-Sky Automated Survey for Supernovae, and Owens Valley Radio Observatory ground-based observatories as well as archival Rossi X-Ray Timing Explorer satellite-All Sky Monitor data, published optical data of Tuorla, and optical historical Harvard plates data are included in our work. Optical and radio light curves show clear correlations with the gamma-ray modulation, possibly with a nonconstant time lag for the radio flux. We interpret the gamma-ray periodicity as possibly arising from a pulsational accretion flow in a sub-parsec binary supermassive black hole system of elevated mass ratio, with orbital modulation of the supplied material and energy in the jet. Other astrophysical scenarios introduced include instabilities, disk and jet precession, rotation or nutation, and perturbations by massive stars or intermediate-mass black holes in polar orbit.