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.

A gravitational-wave (GW) transient was identified in data recorded by the Advanced Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) detectors on 2015 September 14. The event, initially designated G184098 and later given the name GW150914, is described in detail elsewhere. By prior arrangement, preliminary estimates of the time, significance, and sky location of the event were shared with 63 teams of observers covering radio, optical, near-infrared, X-ray, and gamma-ray wavelengths with ground- and space-based facilities. In this Letter we describe the low-latency analysis of the GW data and present the sky localization of the first observed compact binary merger. We summarize the follow-up observations reported by 25 teams via private Gamma-ray Coordinates Network circulars, giving an overview of the participating facilities, the GW sky localization coverage, the timeline and depth of the observations. As this event turned out to be a binary black hole merger, there is little expectation of a detectable electromagnetic (EM) signature. Nevertheless, this first broadband campaign to search for a counterpart of an Advanced LIGO source represents a milestone and highlights the broad capabilities of the transient astronomy community and the observing strategies that have been developed to pursue neutron star binary merger events. Detailed investigations of the EM data and results of the EM follow-up campaign are being disseminated in papers by the individual teams.

We have gathered optical photometry data from the literature on a large sample of Swift-era gamma-ray burst (GRB) afterglows including GRBs up to September 2009, for a total of 76 GRBs, and present an additional three pre-Swift GRBs not included in an earlier sample. Furthermore, we publish 840 additional new photometry data points on a total of 42 GRB afterglows, including large data sets for GRBs 050319, 050408, 050802, 050820A, 050922C, 060418, 080413A and 080810. We analyzed the light curves of all GRBs in the sample and derived spectral energy distributions for the sample with the best data quality, allowing us to estimate the host galaxy extinction. We transformed the afterglow light curves into an extinction-corrected z=1 system and compared their luminosities with a sample of pre-Swift afterglows. The results of a former study, which showed that GRB afterglows clustered and exhibited a bimodal distribution in luminosity space, is weakened by the larger sample. We found that the luminosity distribution of the two afterglow samples (Swift-era and pre-Swift) are very similar, and that a subsample for which we were not able to estimate the extinction, which is fainter than the main sample, can be explained by assuming a moderate amount of line-of-sight host extinction. We derived bolometric isotropic energies for all GRBs in our sample, and found only a tentative correlation between the prompt energy release and the optical afterglow luminosity at one day after the GRB in the z=1 system. A comparative study of the optical luminosities of GRB afterglows with echelle spectra (which show a high number of foreground absorbing systems) and those without reveals no indication that the former are statistically significantly more luminous. (abridged)

We present a catalog of sources detected above 10 GeV by the Fermi Large Area Telescope (LAT) in the first 7 years of data using the Pass 8 event-level analysis. This is the Third Catalog of Hard Fermi-LAT Sources (3FHL), containing 1556 objects characterized in the 10 GeV - 2 TeV energy range. The sensitivity and angular resolution are improved by factors of 3 and 2 relative to the previous LAT catalog at the same energies (1FHL). The vast majority of detected sources (79%) are associated with extragalactic counterparts at other wavelengths, including 16 sources located at very high redshift ($z>2$). Eight percent of the sources have Galactic counterparts and 13% are unassociated (or associated with a source of unknown nature). The high-latitude sky and the Galactic plane are observed with a flux sensitivity of 4.4 to 9.5$\times 10^{-11}$ ph cm$^{-2}$ s$^{-1}$, respectively (this is approximately 0.5% and 1% of the Crab Nebula flux above 10 GeV). The catalog includes 214 new $\gamma$-ray sources. The substantial increase in the number of photons (more than 4 times relative to 1FHL and 10 times to 2FHL) also allows us to measure significant spectral curvature for 32 sources and find flux variability for 163 of them. Furthermore, we estimate that for the same flux limit of $10^{-12}$ erg cm$^{-2}$ s$^{-1}$, the energy range above 10 GeV has twice as many sources as above 50 GeV, highlighting the importance, for future Cherenkov telescopes, of lowering the energy threshold as much as possible.

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.

We present a catalog of sources detected above 50 GeV by the {\it Fermi}-Large Area Telescope (LAT) in 80 months of data. The newly delivered Pass 8 event-level analysis allows the detection and characterization of sources in the 50 GeV--2 TeV energy range. In this energy band, {\it Fermi}-LAT has detected 360 sources, which constitute the second catalog of hard {\it Fermi}-LAT sources (2FHL). The improved angular resolution enables the precise localization of point sources ($\sim$1.7$'$ radius at 68 % C.~L.) and the detection and characterization of spatially extended sources. We find that 86 % of the sources can be associated with counterparts at other wavelengths, of which the majority (75 %) are active galactic nuclei and the rest (11 %) are Galactic sources. Only 25 % of the 2FHL sources have been previously detected by Cherenkov telescopes, implying that the 2FHL provides a reservoir of candidates to be followed up at very high energies. This work closes the energy gap between the observations performed at GeV energies by {\it Fermi}-LAT on orbit and the observations performed at higher energies by Cherenkov telescopes from the ground.

ABSTRACT Most of the celestial γ rays detected by the Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi Gamma-ray Space Telescope originate from the interstellar medium when energetic cosmic rays interact with interstellar nucleons and photons. Conventional point-source and extended-source studies rely on the modeling of this diffuse emission for accurate characterization. Here, we describe the development of the Galactic Interstellar Emission Model (GIEM), which is the standard adopted by the LAT Collaboration and is publicly available. This model is based on a linear combination of maps for interstellar gas column density in Galactocentric annuli and for the inverse-Compton emission produced in the Galaxy. In the GIEM, we also include large-scale structures like Loop I and the Fermi bubbles. The measured gas emissivity spectra confirm that the cosmic-ray proton density decreases with Galactocentric distance beyond 5 kpc from the Galactic Center. The measurements also suggest a softening of the proton spectrum with Galactocentric distance. We observe that the Fermi bubbles have boundaries with a shape similar to a catenary at latitudes below 20° and we observe an enhanced emission toward their base extending in the north and south Galactic directions and located within ∼4° of the Galactic Center.

On 2015 June 16, Fermi-LAT observed a giant outburst from the flat spectrum radio quasar 3C 279 with a peak $>100$ MeV flux of $\sim3.6\times10^{-5}\;{\rm photons}\;{\rm cm}^{-2}\;{\rm s}^{-1}$ averaged over orbital period intervals. It is the historically highest $\gamma$-ray flux observed from the source including past EGRET observations, with the $\gamma$-ray isotropic luminosity reaching $\sim10^{49}\;{\rm erg}\;{\rm s}^{-1}$. During the outburst, the Fermi spacecraft, which has an orbital period of 95.4 min, was operated in a special pointing mode to optimize the exposure for 3C 279. For the first time, significant flux variability at sub-orbital timescales was found in blazar observations by Fermi-LAT. The source flux variability was resolved down to 2-min binned timescales, with flux doubling times less than 5 min. The observed minute-scale variability suggests a very compact emission region at hundreds of Schwarzschild radii from the central engine in conical jet models. A minimum bulk jet Lorentz factor ($\Gamma$) of 35 is necessary to avoid both internal $\gamma$-ray absorption and super-Eddington jet power. In the standard external-radiation-Comptonization scenario, $\Gamma$ should be at least 50 to avoid overproducing the synchrotron-self-Compton component. However, this predicts extremely low magnetization ($\sim5\times10^{-4}$). Equipartition requires $\Gamma$ as high as 120, unless the emitting region is a small fraction of the dissipation region. Alternatively, we consider $\gamma$ rays originating as synchrotron radiation of $\gamma_{\rm e}\sim1.6\times10^6$ electrons, in magnetic field $B\sim1.3$ kG, accelerated by strong electric fields $E\sim B$ in the process of magnetoluminescence. At such short distance scales, one cannot immediately exclude production of $\gamma$ rays in hadronic processes.

We report on the search for spectral irregularities induced by oscillations between photons and axionlike-particles (ALPs) in the γ-ray spectrum of NGC 1275, the central galaxy of the Perseus cluster. Using 6 years of Fermi Large Area Telescope data, we find no evidence for ALPs and exclude couplings above 5×10^{-12} GeV^{-1} for ALP masses 0.5≲m_{a}≲5 neV at 95% confidence. The limits are competitive with the sensitivity of planned laboratory experiments, and, together with other bounds, strongly constrain the possibility that ALPs can reduce the γ-ray opacity of the Universe.