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.

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.

Dark matter in the Milky Way may annihilate directly into gamma rays, producing a monoenergetic spectral line. Therefore, detecting such a signature would be strong evidence for dark matter annihilation or decay. We search for spectral lines in the Fermi Large Area Telescope observations of the Milky Way halo in the energy range 200 MeV to 500 GeV using analysis methods from our most recent line searches. The main improvements relative to previous works are our use of 5.8 years of data reprocessed with the Pass 8 event-level analysis and the additional data resulting from the modified observing strategy designed to increase exposure of the Galactic center region. We searched in five sky regions selected to optimize sensitivity to different theoretically-motivated dark matter scenarios and find no significant detections. In addition to presenting the results from our search for lines, we also investigate the previously reported tentative detection of a line at 133 GeV using the new Pass 8 data.

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 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.

The fourth catalog of active galactic nuclei (AGNs) detected by the Fermi Gamma-ray Space Telescope Large Area Telescope (4LAC) between 2008 August 4 and 2016 August 2 contains 2863 objects located at high Galactic latitudes (|b|>10{\deg}). It includes 85% more sources than the previous 3LAC catalog based on 4 years of data. AGNs represent at least 79% of the high-latitude sources in the fourth Fermi-Large Area Telescope Source Catalog (4FGL), which covers the energy range from 50 MeV to 1 TeV. In addition, 344 gamma-ray AGNs are found at low Galactic latitudes. Most of the 4LAC AGNs are blazars (98%), while the remainder are other types of AGNs. The blazar population consists of 24% Flat Spectrum Radio Quasars (FSRQs), 38% BL Lac-type objects (BL Lacs), and 38% blazar candidates of unknown types (BCUs). On average, FSRQs display softer spectra and stronger variability in the gamma-ray band than BL Lacs do, confirming previous findings. All AGNs detected by ground-based atmospheric Cherenkov telescopes are also found in the 4LAC.

The light emitted by stars and accreting compact objects through the history of the Universe is encoded in the intensity of the extragalactic background light (EBL). Knowledge of the EBL is important to understand the nature of star formation and galaxy evolution, but direct measurements of the EBL are lim- ited by Galactic and other foreground emissions. Here we report an absorption feature seen in the combined spectra of a sample of gamma-ray blazars out to a redshift of z$\sim$1.6. This feature is caused by attenuation of gamma rays by the EBL at optical to UV frequencies, and allowed us to measure the EBL flux density in this frequency band.

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.

Weakly interacting massive particles (WIMPs) are a theoretical class of particles that are excellent dark matter candidates. WIMP annihilation or decay may produce essentially monochromatic γ rays detectable by the Fermi Large Area Telescope (LAT) against the astrophysical γ-ray emission of the Galaxy. We have searched for spectral lines in the energy range 5–300 GeV using 3.7 years of data, reprocessed with updated instrument calibrations and an improved energy dispersion model compared to the previous Fermi-LAT Collaboration line searches. We searched in five regions selected to optimize sensitivity to different theoretically motivated dark matter density distributions. We did not find any globally significant lines in our a priori search regions and present 95% confidence limits for annihilation cross sections of self-conjugate WIMPs and decay lifetimes. Our most significant fit occurred at 133 GeV in our smallest search region and had a local significance of 3.3 standard deviations, which translates to a global significance of 1.5 standard deviations. We discuss potential systematic effects in this search, and examine the feature at 133 GeV in detail. We find that the use both of reprocessed data and of additional information in the energy dispersion model contributes to the reduction in significance of the linelike feature near 130 GeV relative to significances reported in other works. We also find that the feature is narrower than the LAT energy resolution at the level of 2 to 3 standard deviations, which somewhat disfavors the interpretation of the 133 GeV feature as a real WIMP signal.18 MoreReceived 23 May 2013DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.88.082002© 2013 American Physical Society