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.

The Fermi Large Area Telescope (LAT) has provided the most detailed view to date of the emission towards the Galactic centre (GC) in high-energy gamma-rays. This paper describes the analysis of data taken during the first 62 months of the mission in the energy range 1-100 GeV from a $15^\circ \times 15^\circ$ region about the direction of the GC, and implications for the interstellar emissions produced by cosmic ray (CR) particles interacting with the gas and radiation fields in the inner Galaxy and for the point sources detected. Specialised interstellar emission models (IEMs) are constructed that enable separation of the gamma-ray emission from the inner $\sim 1$ kpc about the GC from the fore- and background emission from the Galaxy. Based on these models, the interstellar emission from CR electrons interacting with the interstellar radiation field via the inverse Compton (IC) process and CR nuclei inelastically scattering off the gas producing gamma-rays via $\pi^0$ decays from the inner $\sim 1$ kpc is determined. The IC contribution is found to be dominant in the region and strongly enhanced compared to previous studies. A catalog of point sources for the $15^\circ \times 15^\circ$ region is self-consistently constructed using these IEMs: the First Fermi-LAT Inner Galaxy point source Catalog (1FIG). After subtracting the interstellar emission and point-source contributions from the data a residual is found that is a sub-dominant fraction of the total flux. If spatial templates that peak toward the GC are used to model the positive residual and included in the total model for the $15^\circ \times 15^\circ$ region, the agreement with the data improves, but none of the additional templates account for all of the residual structure. The spectrum of the positive residual modelled with these templates has a strong dependence on the choice of IEM. [Abridged]

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.

We present the results of our analysis of cosmic-ray electrons using about $8\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{6}$ electron candidates detected in the first 12 months on-orbit by the Fermi Large Area Telescope. This work extends our previously published cosmic-ray electron spectrum down to 7 GeV, giving a spectral range of approximately 2.5 decades up to 1 TeV. We describe in detail the analysis and its validation using beam-test and on-orbit data. In addition, we describe the spectrum measured via a subset of events selected for the best energy resolution as a cross-check on the measurement using the full event sample. Our electron spectrum can be described with a power law $\ensuremath{\propto}{\mathrm{E}}^{\ensuremath{-}3.08\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.05}$ with no prominent spectral features within systematic uncertainties. Within the limits of our uncertainties, we can accommodate a slight spectral hardening at around 100 GeV and a slight softening above 500 GeV.

Recent detections of the starburst galaxies M82 and NGC 253 by gamma-ray telescopes suggest that galaxies rapidly forming massive stars are more luminous at gamma-ray energies compared to their quiescent relatives. Building upon those results, we examine a sample of 69 dwarf, spiral, and luminous and ultraluminous infrared galaxies at photon energies 0.1–100 GeV using 3 years of data collected by the Large Area Telescope (LAT) on the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi). Measured fluxes from significantly detected sources and flux upper limits for the remaining galaxies are used to explore the physics of cosmic rays in galaxies. We find further evidence for quasi-linear scaling relations between gamma-ray luminosity and both radio continuum luminosity and total infrared luminosity which apply both to quiescent galaxies of the Local Group and low-redshift starburst galaxies (conservative P-values ≲ 0.05 accounting for statistical and systematic uncertainties). The normalizations of these scaling relations correspond to luminosity ratios of log (L0.1–100 GeV/L1.4 GHz) = 1.7 ± 0.1(statistical) ± 0.2(dispersion) and log (L0.1–100 GeV/L8–1000 μm) = −4.3 ± 0.1(statistical) ± 0.2(dispersion) for a galaxy with a star formation rate of 1 M☉ yr−1, assuming a Chabrier initial mass function. Using the relationship between infrared luminosity and gamma-ray luminosity, the collective intensity of unresolved star-forming galaxies at redshifts 0 < z < 2.5 above 0.1 GeV is estimated to be 0.4–2.4 × 10−6 ph cm−2 s−1 sr−1 (4%–23% of the intensity of the isotropic diffuse component measured with the LAT). We anticipate that ∼10 galaxies could be detected by their cosmic-ray-induced gamma-ray emission during a 10 year Fermi mission.

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 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 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.

Dark matter particle annihilation or decay can produce monochromatic gamma-ray lines and contribute to the diffuse gamma-ray background. Flux upper limits are presented for gamma-ray spectral lines from 7 to 200 GeV and for the diffuse gamma-ray background from 4.8 GeV to 264 GeV obtained from two years of Fermi Large Area Telescope data integrated over most of the sky. We give cross-section upper limits and decay lifetime lower limits for dark matter models that produce gamma-ray lines or contribute to the diffuse spectrum, including models proposed as explanations of the PAMELA and Fermi cosmic-ray data.

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