High-energy cosmic-ray electrons and positrons (CREs), which lose energy quickly during their propagation, provide a probe of Galactic high-energy processes and may enable the observation of phenomena such as dark-matter particle annihilation or decay. The CRE spectrum has been measured directly up to approximately 2 teraelectronvolts in previous balloon- or space-borne experiments, and indirectly up to approximately 5 teraelectronvolts using ground-based Cherenkov γ-ray telescope arrays. Evidence for a spectral break in the teraelectronvolt energy range has been provided by indirect measurements, although the results were qualified by sizeable systematic uncertainties. Here we report a direct measurement of CREs in the energy range 25 gigaelectronvolts to 4.6 teraelectronvolts by the Dark Matter Particle Explorer (DAMPE) with unprecedentedly high energy resolution and low background. The largest part of the spectrum can be well fitted by a 'smoothly broken power-law' model rather than a single power-law model. The direct detection of a spectral break at about 0.9 teraelectronvolts confirms the evidence found by previous indirect measurements, clarifies the behaviour of the CRE spectrum at energies above 1 teraelectronvolt and sheds light on the physical origin of the sub-teraelectronvolt CREs.

This Letter presents the results from pointlike neutrino source searches using ten years of IceCube data collected between April 6, 2008 and July 10, 2018. We evaluate the significance of an astrophysical signal from a pointlike source looking for an excess of clustered neutrino events with energies typically above ∼1 TeV among the background of atmospheric muons and neutrinos. We perform a full-sky scan, a search within a selected source catalog, a catalog population study, and three stacked Galactic catalog searches. The most significant point in the northern hemisphere from scanning the sky is coincident with the Seyfert II galaxy NGC 1068, which was included in the source catalog search. The excess at the coordinates of NGC 1068 is inconsistent with background expectations at the level of 2.9σ after accounting for statistical trials from the entire catalog. The combination of this result along with excesses observed at the coordinates of three other sources, including TXS 0506+056, suggests that, collectively, correlations with sources in the northern catalog are inconsistent with background at 3.3σ significance. The southern catalog is consistent with background. These results, all based on searches for a cumulative neutrino signal integrated over the 10 years of available data, motivate further study of these and similar sources, including time-dependent analyses, multimessenger correlations, and the possibility of stronger evidence with coming upgrades to the detector.Received 18 October 2019Revised 13 December 2019Accepted 6 January 2020DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.051103© 2020 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasCosmic ray sourcesExtrasolar neutrino astronomyGravitation, Cosmology & AstrophysicsParticles & Fields

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 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 IceCube Neutrino Observatory has established the existence of a high-energy all-sky neutrino flux of astrophysical origin. This discovery was made using events interacting within a fiducial region of the detector surrounded by an active veto and with reconstructed energy above 60 TeV, commonly known as the high-energy starting event sample, or HESE. We revisit the analysis of the HESE sample with an additional 4.5 years of data, newer glacial ice models, and improved systematics treatment. This paper describes the sample in detail, reports on the latest astrophysical neutrino flux measurements, and presents a source search for astrophysical neutrinos. We give the compatibility of these observations with specific isotropic flux models proposed in the literature as well as generic power-law-like scenarios. Assuming $\nu_e:\nu_\mu:\nu_\tau=1:1:1$, and an equal flux of neutrinos and antineutrinos, we find that the astrophysical neutrino spectrum is compatible with an unbroken power law, with a preferred spectral index of ${2.87}^{+0.20}_{-0.19}$ for the $68.3\%$ confidence interval.

We report on the first measurement of the astrophysical neutrino flux using particle showers (cascades) in IceCube data from 2010-2015. Assuming standard oscillations, the astrophysical neutrinos in this dedicated cascade sample are dominated (∼90%) by electron and tau flavors. The flux, observed in the sensitive energy range from 16 TeV to 2.6 PeV, is consistent with a single power-law model as expected from Fermi-type acceleration of high energy particles at astrophysical sources. We find the flux spectral index to be γ=2.53±0.07 and a flux normalization for each neutrino flavor of ϕ_{astro}=1.66_{-0.27}^{+0.25} at E_{0}=100 TeV, in agreement with IceCube's complementary muon neutrino results and with all-neutrino flavor fit results. In the measured energy range we reject spectral indices γ≤2.28 at ≥3σ significance level. Because of high neutrino energy resolution and low atmospheric neutrino backgrounds, this analysis provides the most detailed characterization of the neutrino flux at energies below ∼100 TeV compared to previous IceCube results. Results from fits assuming more complex neutrino flux models suggest a flux softening at high energies and a flux hardening at low energies (p value ≥0.06). The sizable and smooth flux measured below ∼100 TeV remains a puzzle. In order to not violate the isotropic diffuse gamma-ray background as measured by the Fermi Large Area Telescope, it suggests the existence of astrophysical neutrino sources characterized by dense environments which are opaque to gamma rays.

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.