thumb|400px|right|Luminiscencia visible de GRB 970508 observada un mes después de la detección del brote. Cuando la fusión no genera la presión suficiente para contrarrestar la gravedad, la estrella colapsa rápidamente para formar un agujero negro. En teoría, la energía puede ser liberada durante el colapso en la dirección del eje de rotación para formar un brote de rayos gamma. Los brotes a menudo son acompañados por otros fenómenos de larga o corta duración. Un brote se caracteriza por su fuerte luminosidad.
Los brotes de rayos gamma (también conocidos como GRB, en sus siglas en inglés, o BRG en español) son destellos de rayos gamma asociados con explosiones extremadamente energéticas en galaxias distantes. Son los eventos electromagnéticos más luminosos que ocurren en el universo. Los brotes pueden durar desde unos nanosegundos hasta varias horas, pero, por lo general, un brote típico suele durar unos pocos segundos. Con frecuencia son seguidos por una luminiscencia residual de larga duración de radiación a longitudes de onda mayor (rayos X, radiación ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja y radiofrecuencia).
Se cree que muchos de los BRG son haces muy colimados con radiación intensa producidos a causa de una supernova. Una subclase de BRG (denominados brotes «cortos») parece ser originada por un proceso diferente, posiblemente la fusión de estrellas binarias de neutrones; mientras que los «brotes largos» parecen derivarse a causa de la muerte de estrellas masivas, es decir, por una supernova, o incluso por una hipernova. Los dos tipos de brotes se diferencian por su tiempo de duración: los primeros suelen durar menos de dos segundos, mientras que los otros tienden a alargarse durante más tiempo.
Las fuentes de los BRG se encuentran a miles de millones de años luz de distancia de la Tierra, lo que implica que las explosiones han de ser extremadamente energéticas (se ha comprobado que un brote típico puede generar la misma energía que el Sol en un periodo de diez mil millones de años) y extremadamente raras (algunas por galaxia cada millón de años).Podsiadlowski 2004 Todos los BRG observados se han originado fuera de la Vía Láctea, aunque una clase de fenómenos relacionados, las llamaradas de rayos gamma suaves, se asocian con los magnetares dentro de la Vía Láctea. Se ha establecido la hipótesis de que un brote de rayos gamma en la Vía Láctea pudo haber sido la causa de una extinción masiva en la Tierra.Melott 2004
Los BRG se detectaron por primera vez en 1967 por los satélites Vela, una serie de satélites diseñados para detectar pruebas de armas nucleares encubiertas. En los años posteriores a su descubrimiento se propusieron cientos de modelos teóricos para explicar estos brotes, tales como las colisiones entre cometas y estrellas de neutrones.Hurley 2003 Había escasa información disponible para verificar estos modelos hasta la detección en 1997 por parte del satélite italo-holandés BeppoSAX de la primera luminiscencia residual de un BRG en la gama de rayos X y visible, y la medición directa de su corrimiento al rojo usando espectroscopios ópticos, pudiendo calcularse la distancia y la energía liberada por el brote.
thumb|400px|right|Ilustración artística que muestra la vida de una estrella masiva y cómo la fusión nuclear convierte elementos más ligeros en otros más pesados. Cuando la fusión ya no genera suficiente presión para contrarrestar la gravedad, la estrella colapsa rápidamente para formar un agujero negro. Teóricamente, la energía puede ser liberada durante el colapso a lo largo del eje de rotación para formar un estallido de rayos gamma.
Estos descubrimientos, y los estudios posteriores de las galaxias y supernovas asociados con los brotes, clarificaron la distancia y luminosidad de estos fenómenos, corroborando definitivamente que tenían lugar en galaxias distantes y que estaban estrechamente relacionados con la muerte de estrellas masivas.
Historia del descubrimiento thumb|left|220px|Imagen del satélite BATSE mostrando las posiciones en el cielo donde han sido detectados brotes de rayos gamma. La distribución de éstos es isotrópica, sin concentración hacia el plano de la Vía Láctea, que se extiende horizontalmente a través del centro de la imagen. Créditos: G. Fishman et al., BATSE, CGRO, NASA. Los brotes de rayos gamma fueron observados por primera vez a finales de la década de 1960 por los satélites estadounidenses Vela, que fueron construidos para detectar pulsos de radiación gamma emitidos por las armas nucleares probadas en el espacio. Los Estados Unidos sospecharon que las fuerzas de la Unión Soviética intentaban conducir en secreto pruebas nucleares tras la firma del Tratado de prohibición parcial de ensayos nucleares en 1963.Schilling 2002, pp. 12-16. El 2 de julio de 1967, a las 14:19 UTC, los satélites Vela 3 y Vela 4 detectaron un destello de rayos gamma nunca antes visto en cualquier arma nuclear conocida. Indecisos sobre qué había pasado pero no considerándolo un problema particularmente urgente, el equipo en el Laboratorio Científico de Los Álamos, liderado por Ray Klebesadel, guardó los datos para su posterior análisis. Se mandaron al espacio nuevos satélites Vela con mejor instrumentación y el equipo de Los Álamos continuaba encontrando brotes de rayos gamma inexplicables en sus datos. Analizando las diferencias en el tiempo de detección de cada brote por los distintos satélites, el equipo fue capaz de determinar las posiciones aproximadas en el cielo de dieciséis de los brotes y definitivamente descartaron su origen solar o terrestre. El descubrimiento dejó de ser considerado clasificado y fue publicado en 1973 en Astrophysical Journal con el título de «Observaciones de Brotes de Rayos Gamma de Origen Cósmico».Klebesadel 1973
Surgieron gran cantidad de teorías para explicar estos brotes, muchas de las cuales sugerían que éstos habían tenido su origen en la Vía Láctea. Hubo escasos avances hasta 1991, cuando se creó el Observatorio de rayos gamma Compton y su experimento «Burst And Transient Source Experiment» (BATSE), un detector de rayos gamma con una gran sensibilidad. Este instrumento proporcionó información crucial que indicaba que la distribución de los BRG era isotrópica —no sesgada hacia cualquier dirección en particular en el espacio, como el plano galáctico o el centro galáctico.Meegan 1992 Debido a la forma aplanada de la Vía Láctea, las fuentes dentro de nuestra propia galaxia se concentran sobre todo cerca del plano galáctico por lo que la ausencia de un patrón en el caso de los BRG aportaba pruebas concluyentes de que éstos provienen de más allá de la Vía Láctea.Schilling 2002, pp. 36-37.Paczyński 1999, p. 6.Piran 1992 Sin embargo, algunos modelos alternativos consideran que las estrellas de neutrones que escapan de la Vía Láctea a gran velocidad están distribuidas de forma isotrópica vistas desde la Tierra y podrían ser las fuentes de los brotes de rayos gamma.Lamb 1995
Décadas después del descubrimiento de los BRG, los astrónomos buscaban una contrapartida: un objeto astronómico cuya posición coincidiera con la del brote observado. Los astrónomos consideraron gran diversidad de objetos, incluyendo enanas blancas, púlsares, supernovas, cúmulos globulares, cuásares, galaxias Seyferts, y objetos BL Lac.Hurley 1986, p. 33 Las búsquedas fueron infructuosas,Una excepción notable es el suceso del 5 de marzo de 1979, un brote extremadamente brillante que se localizó con éxito en el resto de supernova N49 en la Gran Nube de Magallanes. Este suceso se interpreta ahora como una llamarada de un magnetar, más relacionada con las llamaradas de repetidores gamma suaves que con los «verdaderos» brotes de rayos gamma. y en algunos pocos casos, para brotes particularmente bien localizados (aquellos cuyas posiciones se determinaron con lo que entonces se consideraba alta exactitud) era claro que no existían objetos brillantes de cualquier naturaleza consistentes con la posición derivada de la detección de los satélites. Esto sugería que su origen estaba en estrellas muy débiles o en galaxias extremadamente lejanas.Pedersen 1987Hurley 1992 Incluso las posiciones mejor calculadas se correspondían con varias estrellas o galaxias débiles y era ampliamente aceptado que la resolución del enigma sobre el origen de los brotes de rayos gamma requeriría tanto satélites nuevos como una comunicación rápida.
Diversos modelos acerca del origen de los rayos gamma postulabanPaczynski 1993 que el brote inicial de rayos gamma debería estar seguido por una emisión en longitudes de onda mayores que se desvanecería lentamente. El origen de esta emisión son las colisiones entre el material expulsado durante la explosión estelar y el gas interestelar. Las primeras búsquedas para esta «luminiscencia» (denominada postluminiscencia) fueron fallidas, en gran parte debido a las dificultades para observar rápidamente la posición del brote en esas longitudes de onda inmediatamente después de la explosión inicial. El gran avance llegó en febrero de 1997 cuando el satélite artificial BeppoSAX detectó un brote de rayos gamma (GRB 970228Los BRG se denominan en función de la fecha en que son descubiertos: los primeros dos dígitos conforman el año, seguido de los dos dígitos del mes y los dos dígitos del día. Si dos o más BRG tienen lugar el mismo día, se asigna la letra «A» como apéndice al primer brote localizado, «B» al segundo, y así sucesivamente.) y su cámara de rayos X detectó la emisión decreciente en rayos X. El telescopio William Herschel de La Palma identificó 20 horas más tarde una contrapartida óptica que también se desvaneció.van Paradijs 1997 Una vez que el BRG se desvaneció, las imágenes permitieron identificar una débil y distante galaxia en dirección al resplandor óptico del BRG.Schilling 2002, p. 102
thumb|right|200px|La explosión GRB 080319B fotografiada por el telescopio Swift.
Debido a la luminosidad tan débil de esta galaxia, la distancia exacta no se pudo medir durante muchos años. Anteriormente, se produjo un gran avance con el siguiente evento registrado por BeppoSAX, el GRB 970508. Este evento fue localizado solo cuatro horas después del descubrimiento, permitiendo a los equipos de búsqueda comenzar a hacer observaciones más rápidas que en cualquier otro brote. El espectro del objeto reveló un corrimiento al rojo de 0.835 ≤ z ≤ 2.3, teniendo lugar el brote a 6 × 109, es decir, a mil millones de años luz de la Tierra.Reichart 1995 Ésta fue la primera vez que se determinó la distancia de un BRG, y junto con el descubrimiento de la galaxia albergadora del GRB 970228 se pudo aclarar que dichos brotes ocurren a distancias extremadamente lejanas.Schilling 2002, pp. 118-123 Después de unos meses, la controversia acerca de la escala de la distancia terminó: los BRG eran eventos extragalácticos que tenían lugar en galaxias muy lejanas y débiles. El año siguiente, GRB 980425 fue seguido por una brillante supernova (SN 1998bw), indicando una clara conexión entre los BRG y las muertes de estrellas masivas. Esta explosión proporcionó la primera pista importante sobre la naturaleza de los sistemas que producen los BRG.Galama 1998