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.

The dramatic increase in the number of known gamma-ray pulsars since the launch of the Fermi Gamma-ray Space Telescope (formerly GLAST) offers the first opportunity to study a sizable population of these high-energy objects. This catalog summarizes 46 high-confidence pulsed detections using the first six months of data taken by the Large Area Telescope (LAT), Fermi's main instrument. Sixteen previously unknown pulsars were discovered by searching for pulsed signals at the positions of bright gamma-ray sources seen with the LAT, or at the positions of objects suspected to be neutron stars based on observations at other wavelengths. The dimmest observed flux among these gamma-ray-selected pulsars is 6.0 × 10−8 ph cm−2 s−1 (for E>100 MeV). Pulsed gamma-ray emission was discovered from 24 known pulsars by using ephemerides (timing solutions) derived from monitoring radio pulsars. Eight of these new gamma-ray pulsars are millisecond pulsars. The dimmest observed flux among the radio-selected pulsars is 1.4 × 10−8 ph cm−2 s−1 (for E>100 MeV). The remaining six gamma-ray pulsars were known since the Compton Gamma Ray Observatory mission, or before. The limiting flux for pulse detection is non-uniform over the sky owing to different background levels, especially near the Galactic plane. The pulsed energy spectra can be described by a power law with an exponential cutoff, with cutoff energies in the range ∼1–5 GeV. The rotational energy-loss rate (Ė) of these neutron stars spans five decades, from ∼3 × 1033 erg s−1 to 5 × 1038 erg s−1, and the apparent efficiencies for conversion to gamma-ray emission range from ∼0.1% to ∼ unity, although distance uncertainties complicate efficiency estimates. The pulse shapes show substantial diversity, but roughly 75% of the gamma-ray pulse profiles have two peaks, separated by ≳0.2 of rotational phase. For most of the pulsars, gamma-ray emission appears to come mainly from the outer magnetosphere, while polar-cap emission remains plausible for a remaining few. Spatial associations imply that many of these pulsars power pulsar wind nebulae. Finally, these discoveries suggest that gamma-ray-selected young pulsars are born at a rate comparable to that of their radio-selected cousins and that the birthrate of all young gamma-ray-detected pulsars is a substantial fraction of the expected Galactic supernova rate.

We report on the observation of the bright, long gamma-ray burst, GRB 090902B, by the Gamma-ray Burst Monitor (GBM) and Large Area Telescope (LAT) instruments on-board the Fermi observatory. This was one of the brightest GRBs to have been observed by the LAT, which detected several hundred photons during the prompt phase. With a redshift of z = 1.822, this burst is among the most luminous detected by Fermi. Time-resolved spectral analysis reveals a significant power-law component in the LAT data that is distinct from the usual Band model emission that is seen in the sub-MeV energy range. This power-law component appears to extrapolate from the GeV range to the lowest energies and is more intense than the Band component both below $\sim$ 50 keV and above 100 MeV. The Band component undergoes substantial spectral evolution over the entire course of the burst, while the photon index of the power-law component remains constant for most of the prompt phase, then hardens significantly towards the end. After the prompt phase, power-law emission persists in the LAT data as late as 1 ks post-trigger, with its flux declining as $t^{-1.5}$. The LAT detected a photon with the highest energy so far measured from a GRB, $33.4_{-3.5}^{+2.7}$ GeV. This event arrived 82 seconds after the GBM trigger and $\sim$ 50 seconds after the prompt phase emission had ended in the GBM band. We discuss the implications of these results for models of GRB emission and for constraints on models of the Extragalactic Background Light.

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.

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.

Pulsars are rapidly-rotating, highly-magnetized neutron stars emitting radiation across the electromagnetic spectrum. Although there are more than 1800 known radio pulsars, until recently, only seven were observed to pulse in gamma rays and these were all discovered at other wavelengths. The Fermi Large Area Telescope makes it possible to pinpoint neutron stars through their gamma-ray pulsations. We report the detection of 16 gamma-ray pulsars in blind frequency searches using the LAT. Most of these pulsars are coincident with previously unidentified gamma-ray sources, and many are associated with supernova remnants. Direct detection of gamma-ray pulsars enables studies of emission mechanisms, population statistics and the energetics of pulsar wind nebulae and supernova remnants.

ABSTRACT Following its launch in 2008 June, the Fermi Gamma-ray Space Telescope ( Fermi ) began a sky survey in August. The Large Area Telescope (LAT) on Fermi in three months produced a deeper and better resolved map of the γ-ray sky than any previous space mission. We present here initial results for energies above 100 MeV for the 205 most significant (statistical significance greater than ∼10σ) γ-ray sources in these data. These are the best characterized and best localized point-like (i.e., spatially unresolved) γ-ray sources in the early mission data.

In three years of observations since the beginning of nominal science operations in August 2008, the Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi Gamma Ray Space Telescope has observed high-energy (>20 MeV) \gamma-ray emission from 35 gamma-ray bursts (GRBs). Among these, 28 GRBs have been detected above 100 MeV and 7 GRBs above ~ 20 MeV. The first Fermi-LAT catalog of GRBs is a compilation of these detections and provides a systematic study of high-energy emission from GRBs for the first time. To generate the catalog, we examined 733 GRBs detected by the Gamma-Ray Burst Monitor (GBM) on Fermi and processed each of them using the same analysis sequence. Details of the methodology followed by the LAT collaboration for GRB analysis are provided. We summarize the temporal and spectral properties of the LAT-detected GRBs. We also discuss characteristics of LAT-detected emission such as its delayed onset and longer duration compared to emission detected by the GBM, its power-law temporal decay at late times, and the fact that it is dominated by a power-law spectral component that appears in addition to the usual Band model.

We report on gamma-ray observations of the Crab Pulsar and Nebula using 8 months of survey data with the Fermi Large Area Telescope (LAT). The high quality light curve obtained using the ephemeris provided by the Nancay and Jodrell Bank radio telescopes shows two main peaks stable in phase with energy. The first gamma-ray peak leads the radio main pulse by (281 \pm 12 \pm 21) mus, giving new constraints on the production site of non-thermal emission in pulsar magnetospheres. The improved sensitivity and the unprecedented statistics afforded by the LAT enable precise measurement of the Crab Pulsar spectral parameters: cut-off energy at E_c = (5.8 \pm 0.5 \pm 1.2) GeV, spectral index of Gamma = (1.97 \pm 0.02 \pm 0.06) and integral photon flux above 100 MeV of (2.09 \pm 0.03 \pm 0.18) x 10^{-6} cm^{-2} s^{-1}. The first errors represent the statistical error on the fit parameters, while the second ones are the systematic uncertainties. Pulsed gamma-ray photons are observed up to ~ 20 GeV which precludes emission near the stellar surface, below altitudes of around 4 to 5 stellar radii in phase intervals encompassing the two main peaks. The spectrum of the nebula in the energy range 100 MeV - 300 GeV is well described by the sum of two power-laws of indices Gamma_{sync} = (3.99 \pm 0.12 \pm 0.08) and Gamma_{IC} = (1.64 \pm 0.05 \pm 0.07), corresponding to the falling edge of the synchrotron and the rising edge of the inverse Compton components, respectively. This latter, which links up naturally with the spectral data points of Cherenkov experiments, is well reproduced via inverse Compton scattering from standard Magnetohydrodynamics (MHD) nebula models, and does not require any additional radiation mechanism.

The observations of the exceptionally bright gamma-ray burst (GRB) 130427A by the Large Area Telescope aboard the Fermi Gamma-ray Space Telescope provide constraints on the nature of these unique astrophysical sources. GRB 130427A had the largest fluence, highest-energy photon (95 GeV), longest γ-ray duration (20 hours), and one of the largest isotropic energy releases ever observed from a GRB. Temporal and spectral analyses of GRB 130427A challenge the widely accepted model that the nonthermal high-energy emission in the afterglow phase of GRBs is synchrotron emission radiated by electrons accelerated at an external shock.