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.

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.

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.

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.

We report on the gamma-ray activity of the high-synchrotron-peaked BL Lacertae object Mrk 421 during the first 1.5 years of Fermi operation, from 2008 August 5 to 2010 March 12. We find that the Large Area Telescope (LAT) gamma-ray spectrum above 0.3 GeV can be well-described by a power-law function with photon index Gamma=1.78 +/- 0.02 and average photon flux F(>0.3 GeV)=(7.23 +/- 0.16) x 10^{-8} ph cm^{-2} s^{-1}. Over this time period, the Fermi-LAT spectrum above 0.3 GeV was evaluated on 7-day-long time intervals, showing significant variations in the photon flux (up to a factor ~3 from the minimum to the maximum flux), but mild spectral variations. The variability amplitude at X-ray frequencies measured by RXTE/ASM and Swift/BAT is substantially larger than that in gamma-rays measured by Fermi-LAT, and these two energy ranges are not significantly correlated. We also present the first results from the 4.5-month-long multifrequency campaign on Mrk 421, which included the VLBA, Swift, RXTE, MAGIC, the F-GAMMA, GASP-WEBT, and other collaborations and instruments which provided excellent temporal and energy coverage of the source throughout the entire campaign (2009 January 19 to 2009 June 1). During this campaign, Mrk 421 showed a low activity at all wavebands. The extensive multi-instrument (radio to TeV) data set provides an unprecedented, complete look at the quiescent spectral energy distribution (SED) for this source. The broad band SED was reproduced with a leptonic (one-zone Synchrotron Self-Compton) and a hadronic model (Synchrotron Proton Blazar). Both frameworks are able to describe the average SED reasonably well, implying comparable jet powers but very different characteristics for the blazar emission site.

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.