The γ-ray sky can be decomposed into individually detected sources, diffuse emission attributed to the interactions of Galactic cosmic rays with gas and radiation fields, and a residual all-sky emission component commonly called the isotropic diffuse γ-ray background (IGRB). The IGRB comprises all extragalactic emissions too faint or too diffuse to be resolved in a given survey, as well as any residual Galactic foregrounds that are approximately isotropic. The first IGRB measurement with the Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi) used 10 months of sky-survey data and considered an energy range between 200 MeV and 100 GeV. Improvements in event selection and characterization of cosmic-ray backgrounds, better understanding of the diffuse Galactic emission (DGE), and a longer data accumulation of 50 months allow for a refinement and extension of the IGRB measurement with the LAT, now covering the energy range from 100 MeV to 820 GeV. The IGRB spectrum shows a significant high-energy cutoff feature and can be well described over nearly four decades in energy by a power law with exponential cutoff having a spectral index of 2.32 ± 0.02 and a break energy of (279 ± 52) GeV using our baseline DGE model. The total intensity attributed to the IGRB is (7.2 ± 0.6) × 10−6 cm−2 s−1 sr−1 above 100 MeV, with an additional +15%/−30% systematic uncertainty due to the Galactic diffuse foregrounds.

The Telescope Array (TA) experiment, located in the western desert of Utah, USA, is designed for the observation of extensive air showers from extremely high energy cosmic rays. The experiment has a surface detector array surrounded by three fluorescence detectors to enable simultaneous detection of shower particles at ground level and fluorescence photons along the shower track. The TA surface detectors and fluorescence detectors started full hybrid observation in March, 2008. In this article we describe the design and technical features of the TA surface detector.

The origin of Galactic cosmic rays is a century-long puzzle. Indirect evidence points to their acceleration by supernova shockwaves, but we know little of their escape from the shock and their evolution through the turbulent medium surrounding massive stars. Gamma rays can probe their spreading through the ambient gas and radiation fields. The Fermi Large Area Telescope (LAT) has observed the star-forming region of Cygnus X. The 1- to 100-gigaelectronvolt images reveal a 50-parsec-wide cocoon of freshly accelerated cosmic rays that flood the cavities carved by the stellar winds and ionization fronts from young stellar clusters. It provides an example to study the youth of cosmic rays in a superbubble environment before they merge into the older Galactic population.

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.

The Telescope Array (TA) collaboration has measured the energy spectrum of ultra-high energy cosmic rays with primary energies above 1.6 x 10^(18) eV. This measurement is based upon four years of observation by the surface detector component of TA. The spectrum shows a dip at an energy of 4.6 x 10^(18) eV and a steepening at 5.4 x 10^(19) eV which is consistent with the expectation from the GZK cutoff. We present the results of a technique, new to the analysis of ultra-high energy cosmic ray surface detector data, that involves generating a complete simulation of ultra-high energy cosmic rays striking the TA surface detector. The procedure starts with shower simulations using the CORSIKA Monte Carlo program where we have solved the problems caused by use of the "thinning" approximation. This simulation method allows us to make an accurate calculation of the acceptance of the detector for the energies concerned.