The dwarf spheroidal satellite galaxies of the Milky Way are some of the most dark-matter-dominated objects known. Due to their proximity, high dark matter content, and lack of astrophysical backgrounds, dwarf spheroidal galaxies are widely considered to be among the most promising targets for the indirect detection of dark matter via $\ensuremath{\gamma}$ rays. Here we report on $\ensuremath{\gamma}$-ray observations of 25 Milky Way dwarf spheroidal satellite galaxies based on 4 years of Fermi Large Area Telescope (LAT) data. None of the dwarf galaxies are significantly detected in $\ensuremath{\gamma}$ rays, and we present $\ensuremath{\gamma}$-ray flux upper limits between 500 MeV and 500 GeV. We determine the dark matter content of 18 dwarf spheroidal galaxies from stellar kinematic data and combine LAT observations of 15 dwarf galaxies to constrain the dark matter annihilation cross section. We set some of the tightest constraints to date on the annihilation of dark matter particles with masses between 2 GeV and 10 TeV into prototypical standard model channels. We find these results to be robust against systematic uncertainties in the LAT instrument performance, diffuse $\ensuremath{\gamma}$-ray background modeling, and assumed dark matter density profile.

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.

ABSTRACT We search for excess γ -ray emission coincident with the positions of confirmed and candidate Milky Way satellite galaxies using six years of data from the Fermi Large Area Telescope (LAT). Our sample of 45 stellar systems includes 28 kinematically confirmed dark-matter-dominated dwarf spheroidal galaxies (dSphs) and 17 recently discovered systems that have photometric characteristics consistent with the population of known dSphs. For each of these targets, the relative predicted γ -ray flux due to dark matter annihilation is taken from kinematic analysis if available, and estimated from a distance-based scaling relation otherwise, assuming that the stellar systems are DM-dominated dSphs. LAT data coincident with four of the newly discovered targets show a slight preference (each 2 σ local) for γ -ray emission in excess of the background. However, the ensemble of derived γ -ray flux upper limits for individual targets is consistent with the expectation from analyzing random blank-sky regions, and a combined analysis of the population of stellar systems yields no globally significant excess (global significance ). Our analysis has increased sensitivity compared to the analysis of 15 confirmed dSphs by Ackermann et al. The observed constraints on the DM annihilation cross section are statistically consistent with the background expectation, improving by a factor of ∼2 for large DM masses ( and ) and weakening by a factor of ∼1.5 at lower masses relative to previously observed limits.

The origin of the extragalactic γ-ray background (EGB) has been debated for some time. The EGB comprises the γ-ray emission from resolved and unresolved extragalactic sources, such as blazars, star-forming galaxies, and radio galaxies, as well as radiation from truly diffuse processes. This Letter focuses on the blazar source class, the most numerous detected population, and presents an updated luminosity function and spectral energy distribution model consistent with the blazar observations performed by the Fermi-Large Area Telescope (LAT). We show that blazars account for 50% of the EGB photons (>0.1 GeV), and that Fermi-LAT has already resolved ∼70% of this contribution. Blazars, and in particular hard-spectrum sources such as BL Lacs, are responsible for most of the EGB emission above 100 GeV. We find that the extragalactic background light, which attenuates blazars' high-energy emission, is responsible for the high-energy cutoff observed in the EGB spectrum. Finally, we show that blazars, star-forming galaxies, and radio galaxies can naturally account for the amplitude and spectral shape of the background in the 0.1–820 GeV range, leaving only modest room for other contributions. This allows us to set competitive constraints on the dark matter annihilation cross section.

We report on the search for spectral irregularities induced by oscillations between photons and axionlike-particles (ALPs) in the γ-ray spectrum of NGC 1275, the central galaxy of the Perseus cluster. Using 6 years of Fermi Large Area Telescope data, we find no evidence for ALPs and exclude couplings above 5×10^{-12} GeV^{-1} for ALP masses 0.5≲m_{a}≲5 neV at 95% confidence. The limits are competitive with the sensitivity of planned laboratory experiments, and, together with other bounds, strongly constrain the possibility that ALPs can reduce the γ-ray opacity of the Universe.

In the standard Cold Dark Matter (CDM) theory for understanding the formation of structure in the universe, there exists a tight connection between the properties of dark matter (DM) haloes, and their formation epochs. Such relation can be expressed in terms of a single key parameter, namely the halo concentration. In this work, we examine the median concentration-mass relation, c(M), at present time, over more than 20 orders of magnitude in halo mass, i.e., from tiny Earth-mass microhalos up to galaxy clusters. The c(M) model proposed by Prada et al. (2012), which links the halo concentration with the r.m.s. amplitude of matter linear fluctuations, describes remarkably well all the available N-body simulation data down to ~10^(-6) Msun microhalos. A clear fattening of the halo concentration-mass relation towards smaller masses is observed, that excludes the commonly adopted power-law c(M) models, and stands as a natural prediction for the CDM paradigm. We provide a parametrization for the c(M) relation that works accurately for all halo masses. This feature in the c(M) relation at low masses has decisive consequences e.g. for gamma-ray DM searches, as it implies more modest boosts of the DM annihilation flux due to substructure, i.e., ~35 for galaxy clusters and ~15 for galaxies like our own, as compared to those huge values adopted in the literature that rely on such power-law c(M) extrapolations. We provide a parametrization of the boosts that can be safely used for dwarfs to galaxy cluster-size halos.

Due to their proximity, high dark-matter (DM) content, and apparent absence of non-thermal processes, Milky Way dwarf spheroidal satellite galaxies (dSphs) are excellent targets for the indirect detection of DM. Recently, eight new dSph candidates were discovered using the first year of data from the Dark Energy Survey (DES). We searched for gamma-ray emission coincident with the positions of these new objects in six years of Fermi Large Area Telescope data. We found no significant excesses of gamma-ray emission. Under the assumption that the DES candidates are dSphs with DM halo properties similar to the known dSphs, we computed individual and combined limits on the velocity-averaged DM annihilation cross section for these new targets. If the estimated DM content of these dSph candidates is confirmed, they will constrain the annihilation cross section to lie below the thermal relic cross section for DM particles with masses annihilating via the or τ+τ− channels.

Abstract Recent results from numerical simulations and models of galaxy formation suggest that recently discovered ultrafaint compact stellar systems (UFCSs) in the halo of the Milky Way (MW) may be some of the smallest and faintest galaxies. If this is the case, these systems would be attractive targets for indirect searches of weakly interacting massive particle dark matter (DM) annihilation due to their relative proximity and high expected DM content. In this study, we analyze 14.3 yr of γ -ray data collected by the Fermi-Large Area Telescope coincident with 26 UFCSs. No significant excess γ -ray emission is detected, and we present γ -ray flux upper limits for these systems. Assuming that the UFCSs are DM-dominated galaxies consistent with being among the faintest and least massive MW dwarf spheroidal (dSph) satellite galaxies, we derive the projected sensitivity for a DM annihilation signal. We find that observations of UFCSs have the potential to yield some of the most powerful constraints on DM annihilation, with sensitivity comparable to observations of known dSphs and the Galactic center. This result emphasizes the importance of precise kinematic studies of UFCSs to empirically determine their DM content.