The Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT, hereafter LAT), the primary instrument on the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi) mission, is an imaging, wide field-of-view, high-energy \gamma-ray telescope, covering the energy range from 20 MeV to more than 300 GeV. During the first years of the mission the LAT team has gained considerable insight into the in-flight performance of the instrument. Accordingly, we have updated the analysis used to reduce LAT data for public release as well as the Instrument Response Functions (IRFs), the description of the instrument performance provided for data analysis. In this paper we describe the effects that motivated these updates. Furthermore, we discuss how we originally derived IRFs from Monte Carlo simulations and later corrected those IRFs for discrepancies observed between flight and simulated data. We also give details of the validations performed using flight data and quantify the residual uncertainties in the IRFs. Finally, we describe techniques the LAT team has developed to propagate those uncertainties into estimates of the systematic errors on common measurements such as fluxes and spectra of astrophysical sources.

We present the first catalog of active galactic nuclei (AGNs) detected by the Large Area Telescope (LAT), corresponding to 11 months of data collected in scientific operation mode. The First LAT AGN Catalog (1LAC) includes 671 γ-ray sources located at high Galactic latitudes (|b|>10°) that are detected with a test statistic greater than 25 and associated statistically with AGNs. Some LAT sources are associated with multiple AGNs, and consequently, the catalog includes 709 AGNs, comprising 300 BL Lacertae objects, 296 flat-spectrum radio quasars, 41 AGNs of other types, and 72 AGNs of unknown type. We also classify the blazars based on their spectral energy distributions as archival radio, optical, and X-ray data permit. In addition to the formal 1LAC sample, we provide AGN associations for 51 low-latitude LAT sources and AGN "affiliations" (unquantified counterpart candidates) for 104 high-latitude LAT sources without AGN associations. The overlap of the 1LAC with existing γ-ray AGN catalogs (LBAS, EGRET, AGILE, Swift, INTEGRAL, TeVCat) is briefly discussed. Various properties—such as γ-ray fluxes and photon power-law spectral indices, redshifts, γ-ray luminosities, variability, and archival radio luminosities—and their correlations are presented and discussed for the different blazar classes. We compare the 1LAC results with predictions regarding the γ-ray AGN populations, and we comment on the power of the sample to address the question of the blazar sequence.

MAGIC is a system of two Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes located in the Canary island of La Palma, Spain. During summer 2011 and 2012 it underwent a series of upgrades, involving the exchange of the MAGIC-I camera and its trigger system, as well as the upgrade of the readout system of both telescopes. We use observations of the Crab Nebula taken at low and medium zenith angles to assess the key performance parameters of the MAGIC stereo system. For low zenith angle observations, the standard trigger threshold of the MAGIC telescopes is ~50GeV. The integral sensitivity for point-like sources with Crab Nebula-like spectrum above 220GeV is (0.66+/-0.03)% of Crab Nebula flux in 50 h of observations. The angular resolution, defined as the sigma of a 2-dimensional Gaussian distribution, at those energies is < 0.07 degree, while the energy resolution is 16%. We also re-evaluate the effect of the systematic uncertainty on the data taken with the MAGIC telescopes after the upgrade. We estimate that the systematic uncertainties can be divided in the following components: < 15% in energy scale, 11-18% in flux normalization and +/-0.15 for the energy spectrum power-law slope.

Deep γ-ray observations of the Galactic Centre with arcminute angular resolution show traces of petaelectronvolt protons within the central ten parsecs of our Galaxy; the accelerator of these particles could have provided a substantial contribution to Galactic cosmic rays in the past. This paper from the HESS (High Energy Stereoscopic System) Collaboration presents deep γ-ray observations with arcminute angular resolution of the Galactic Centre regions, which show the tracer of the presence of particles accelerated to energies of at least a few petaelectronvolts (1 PeV = 1015 electronvolts) within the central 10 parsecs of our Galaxy. This is consistent with previous observations of PeV Galactic cosmic rays and requires the presence of a source capable of accelerating particles to such extreme energies. The authors argue that the source is the supermassive black hole Sagittarius A*. Although the current rate of particle acceleration due to Sagittarius A* is not sufficient to provide a substantial contribution to Galactic cosmic rays, it could have plausibly been more active in the past. Galactic cosmic rays reach energies of at least a few petaelectronvolts1 (of the order of 1015 electronvolts). This implies that our Galaxy contains petaelectronvolt accelerators (‘PeVatrons’), but all proposed models of Galactic cosmic-ray accelerators encounter difficulties at exactly these energies2. Dozens of Galactic accelerators capable of accelerating particles to energies of tens of teraelectronvolts (of the order of 1013 electronvolts) were inferred from recent γ-ray observations3. However, none of the currently known accelerators—not even the handful of shell-type supernova remnants commonly believed to supply most Galactic cosmic rays—has shown the characteristic tracers of petaelectronvolt particles, namely, power-law spectra of γ-rays extending without a cut-off or a spectral break to tens of teraelectronvolts4. Here we report deep γ-ray observations with arcminute angular resolution of the region surrounding the Galactic Centre, which show the expected tracer of the presence of petaelectronvolt protons within the central 10 parsecs of the Galaxy. We propose that the supermassive black hole Sagittarius A* is linked to this PeVatron. Sagittarius A* went through active phases in the past, as demonstrated by X-ray outbursts5and an outflow from the Galactic Centre6. Although its current rate of particle acceleration is not sufficient to provide a substantial contribution to Galactic cosmic rays, Sagittarius A* could have plausibly been more active over the last 106–107 years, and therefore should be considered as a viable alternative to supernova remnants as a source of petaelectronvolt Galactic cosmic rays.

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.

Very High Energy (VHE) gamma-ray emission from the flat spectrum radio quasar (FSRQ) PKS 1222+21 (4C 21.35, z=0.432) was detected with the MAGIC Cherenkov telescopes during a short observation (~0.5 hr) performed on 2010 June 17. The MAGIC detection coincides with high energy MeV/GeV gamma-ray activity measured by the Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi satellite. The VHE spectrum measured by MAGIC extends from about 70 GeV up to at least 400 GeV and can be well described by a power law dN/dE \propto E^-Gamma with a photon index Gamma= 3.75+/-0.27stat +/-0.2syst. The averaged integral flux above 100 GeV is (4.56+/-0.46)x10^(-10) cm^-2 s^-1 (~1 Crab Nebula flux). The VHE flux measured by MAGIC varies significantly within the 30 min exposure implying a flux doubling time of about 10 min. The VHE and MeV/GeV spectra, corrected for the absorption by the extragalactic background light (EBL), can be described by a single power law with photon index 2.72+/-0.34 between 3 GeV and 400 GeV, and is consistent with emission belonging to a single component in the jet. The absence of a spectral cutoff constrains the gamma-ray emission region outside the Broad Line Region, which would otherwise absorb the VHE gamma-rays. Together with the detected fast variability, this challenges present emission models from jets in FSRQ. Moreover, the combined Fermi/LAT and MAGIC spectral data yield constraints on the density of the Extragalactic Background Light in the UV-optical to near-infrared range that are compatible with recent models.

Gamma-ray observations of the Crab Nebula by two different space telescopes challenge particle acceleration theory.

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.

We present detailed observations of the bright short-hard gamma-ray burst GRB 090510 made with the Gamma-ray Burst Monitor (GBM) and Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi observatory. GRB 090510 is the first burst detected by the LAT that shows strong evidence for a deviation from a Band spectral fitting function during the prompt emission phase. The time-integrated spectrum is fit by the sum of a Band function with $\Epeak = 3.9\pm 0.3$\,MeV, which is the highest yet measured, and a hard power-law component with photon index $-1.62\pm 0.03$ that dominates the emission below $\approx$\,20\,keV and above $\approx$\,100\,MeV. The onset of the high-energy spectral component appears to be delayed by $\sim$\,0.1\,s with respect to the onset of a component well fit with a single Band function. A faint GBM pulse and a LAT photon are detected 0.5\,s before the main pulse. During the prompt phase, the LAT detected a photon with energy $30.5^{+5.8}_{-2.6}$ GeV, the highest ever measured from a short GRB. Observation of this photon sets a minimum bulk outflow Lorentz factor, $\Gamma\ga$\,1200, using simple $\gamma\gamma$ opacity arguments for this GRB at redshift $z = 0.903$ and a variability time scale on the order of tens of ms for the $\approx$\,100\,keV--few MeV flux. Stricter high confidence estimates imply $\Gamma \ga 1000$ and still require that the outflows powering short GRBs are at least as highly relativistic as those of long duration GRBs. Implications of the temporal behavior and power-law shape of the additional component on synchrotron/synchrotron self-Compton (SSC), external-shock synchrotron, and hadronic models are considered.

This paper presents light curves as well as the first systematic characterization of variability of the 106 objects in the high-confidence Fermi Large Area Telescope Bright AGN Sample (LBAS). Weekly light curves of this sample, obtained during the first 11 months of the Fermi survey (2008 August 4–2009 July 4), are tested for variability and their properties are quantified through autocorrelation function and structure function analysis. For the brightest sources, 3 or 4 day binned light curves are extracted in order to determine power density spectra (PDSs) and to fit the temporal structure of major flares. More than 50% of the sources are found to be variable with high significance, where high states do not exceed 1/4 of the total observation range. Variation amplitudes are larger for flat spectrum radio quasars and low/intermediate synchrotron frequency peaked BL Lac objects. Autocorrelation timescales derived from weekly light curves vary from four to a dozen of weeks. Variable sources of the sample have weekly and 3–4 day bin light curves that can be described by 1/fα PDS, and show two kinds of gamma-ray variability: (1) rather constant baseline with sporadic flaring activity characterized by flatter PDS slopes resembling flickering and red noise with occasional intermittence and (2)—measured for a few blazars showing strong activity—complex and structured temporal profiles characterized by long-term memory and steeper PDS slopes, reflecting a random walk underlying mechanism. The average slope of the PDS of the brightest 22 FSRQs and of the 6 brightest BL Lacs is 1.5 and 1.7, respectively. The study of temporal profiles of well-resolved flares observed in the 10 brightest LBAS sources shows that they generally have symmetric profiles and that their total duration vary between 10 and 100 days. Results presented here can assist in source class recognition for unidentified sources and can serve as reference for more detailed analysis of the brightest gamma-ray blazars.