The Cherenkov Telescope Array (CTA) is a new observatory for very high-energy (VHE) gamma rays. CTA has ambitions science goals, for which it is necessary to achieve full-sky coverage, to improve the sensitivity by about an order of magnitude, to span about four decades of energy, from a few tens of GeV to above 100 TeV with enhanced angular and energy resolutions over existing VHE gamma-ray observatories. An international collaboration has formed with more than 1000 members from 27 countries in Europe, Asia, Africa and North and South America. In 2010 the CTA Consortium completed a Design Study and started a three-year Preparatory Phase which leads to production readiness of CTA in 2014. In this paper we introduce the science goals and the concept of CTA, and provide an overview of the project.

We present the first joint analysis of gamma-ray data from the MAGIC Cherenkov telescopes and the Fermi Large Area Telescope (LAT) to search for gamma-ray signals from dark matter annihilation in dwarf satellite galaxies. We combine 158 hours of Segue 1 observations with MAGIC with 6-year observations of 15 dwarf satellite galaxies by the Fermi -LAT. We obtain limits on the annihilation cross-section for dark matter particle masses between 10 GeV and 100 TeV—the widest mass range ever explored by a single gamma-ray analysis. These limits improve on previously published Fermi -LAT and MAGIC results by up to a factor of two at certain masses. Our new inclusive analysis approach is completely generic and can be used to perform a global, sensitivity-optimized dark matter search by combining data from present and future gamma-ray and neutrino detectors.

Abstract A neutrino with energy ∼290 TeV, IceCube-170922A, was detected in coincidence with the BL Lac object TXS 0506+056 during enhanced gamma-ray activity, with chance coincidence being rejected at ∼3 σ level. We monitored the object in the very-high-energy (VHE) band with the Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov (MAGIC) telescopes for ∼41 hr from 1.3 to 40.4 days after the neutrino detection. Day-timescale variability is clearly resolved. We interpret the quasi-simultaneous neutrino and broadband electromagnetic observations with a novel one-zone lepto-hadronic model, based on interactions of electrons and protons co-accelerated in the jet with external photons originating from a slow-moving plasma sheath surrounding the faster jet spine. We can reproduce the multiwavelength spectra of TXS 0506+056 with neutrino rate and energy compatible with IceCube-170922A, and with plausible values for the jet power of  . The steep spectrum observed by MAGIC is concordant with internal γγ absorption above ∼100 GeV entailed by photohadronic production of a ∼290 TeV neutrino, corroborating a genuine connection between the multi-messenger signals. In contrast to previous predictions of predominantly hadronic emission from neutrino sources, the gamma-rays can be mostly ascribed to inverse Compton upscattering of external photons by accelerated electrons. The X-ray and VHE bands provide crucial constraints on the emission from both accelerated electrons and protons. We infer that the maximum energy of protons in the jet comoving frame can be in the range ∼10 14 – 10 18 eV.

Abstract The Lorentz Invariance Violation (LIV), a proposed consequence of certain quantum gravity (QG) scenarios, could instigate an energy-dependent group velocity for ultra-relativistic particles. This energy dependence, although suppressed by the massive QG energy scale E_QG, expected to be on the level of the Planck energy 1.22 × 10 19 GeV, is potentially detectable in astrophysical observations. In this scenario, the cosmological distances traversed by photons act as an amplifier for this effect. By leveraging the observation of a remarkable flare from the blazar Mrk 421, recorded at energies above 100 GeV by the MAGIC telescopes on the night of April 25 to 26, 2014, we look for time delays scaling linearly and quadratically with the photon energies. Using for the first time in LIV studies a binned-likelihood approach we set constraints on the QG energy scale. For the linear scenario, we set 95% lower limits E_QG>2.7×10 17 GeV for the subluminal case and E_QG> 3.6 ×10 17 GeV for the superluminal case. For the quadratic scenario, the 95% lower limits for the subluminal and superluminal cases are E_QG>2.6 ×10 10 GeV and E_QG>2.5×10 10 GeV, respectively.

The BL Lacertae object VER J0521+211 underwent a notable flaring episode in February 2020. A short-term monitoring campaign, led by the MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov) collaboration, covering a wide energy range from radio to very high-energy (VHE, 100 GeV $<$ E $<$ 100 TeV) gamma rays was organised to study its evolution. These observations resulted in a consistent detection of the source over six consecutive nights in the VHE gamma-ray domain. Combining these nightly observations with an extensive set of multi-wavelength data made modelling of the blazar's spectral energy distribution (SED) possible during the flare. This modelling was performed with a focus on two plausible emission mechanisms: i) a leptonic two-zone synchrotron-self-Compton scenario, and ii) a lepto-hadronic one-zone scenario. Both models effectively replicated the observed SED from radio to the VHE gamma-ray band. Furthermore, by introducing a set of evolving parameters, both models were successful in reproducing the evolution of the fluxes measured in different bands throughout the observing campaign. Notably, the lepto-hadronic model predicts enhanced photon and neutrino fluxes at ultra-high energies (E $>$ 100 While the photon component, generated via decay of neutral pions, is not directly observable as it is subject to intense pair production (and therefore extinction) through interactions with the cosmic microwave background photons, neutrino detectors (e.g. IceCube) can probe the predicted neutrino component. Finally, the analysis of the gamma-ray spectra, observed by MAGIC and the Fermi -LAT telescopes, yielded a conservative 95% confidence upper limit of z ≤ 0.244 for the redshift of this blazar.