Даже если не задумываться об источнике энергии гамма-всплесков, парадоксальной кажется их невероятная яркость. Быстрые вариации блеска указывают, что излучение рождается в небольшой области: светимость в 10¹⁹ солнечных выходит из области объемом в одно Солнце! При этом фотоны так плотно упакованы, что мешают друг другу вырываться наружу. Это напоминает людей в толпе, рвущихся в панике к выходу и мешающих друг другу выйти. Но если гамма-лучи не способны вырваться наружу, то как мы видим гамма-всплески?
Решение задачи заключается в том, что гамма-кванты сразу не излучаются. Вначале выделившаяся при взрыве энергия сохраняется в виде кинетической энергии расширяющейся оболочки (огненного шара), которая содержит фотоны, электроны и их античастицы - позитроны. Когда диаметр шара достигает 10-100 млрд. км, плотность фотонов падает настолько, что гамма-кванты уже могут вырваться наружу. Часть кинетической энергии преобразуется в электромагнитное излучение, происходит гамма-всплеск.
Судя по всему, исходное гамма-излучение рождается внутренними ударными волнами, возникающими, когда быстрые части расширяющегося вещества сталкиваются с более медленными. Поскольку оболочка разрастается почти со скоростью света, временная шкала для внешнего наблюдателя, согласно теории относительности, сильно сжата: он видит вспышку продолжительностью в несколько секунд. Продолжая расширяться, огненный шар выметает окружающий газ. При этом на границе со сжатым внешним веществом формируется новая ударная волна, и она сохраняется, когда шар замедляет расширение. Этой волной объясняется послесвечение гамма-всплеска и перемещение максимума излучения из гамма-диапазона в рентгеновский, затем в видимый и, наконец, в радиодиапазон.
Хотя огненный шар может преобразовать энергию взрыва в наблюдаемое излучение, что же служит источником этой энергии? Вопрос еще предстоит решить. В одних моделях изучаются гиперновые, или коллапсары, возникающие из звезд с исходной массой более 20 или 30 масс Солнца. Ядро такой звезды в определенный момент коллапсирует, в результате чего образуется быстро вращающаяся черная дыра, окруженная диском из остатков вещества.
В других моделях рассматриваются двойные системы, состоящие из компактных объектов, например, пара нейтронных звезд (представляющих сверхплотные остатки нормальных звезд) или нейтронная звезда в паре с черной дырой. Вращаясь друг вокруг друга, два объекта постепенно сближаются и сливаются. Как и в случае с гиперновой, образуется одиночная черная дыра, окруженная диском.
Комбинация черной дыры и диска встречается во многих астрономических объектах. Особенность данной системы в необычно большой массе диска и в отсутствии звезды-компаньона, способной восполнять диск (из чего следует, что вся энергия выделяется в единственном «выстреле»). Черная дыра и диск - два гигантских резервуара энергии: гравитационная энергия диска и энергия вращения дыры. Но пока не совсем понятно, как именно эта энергия превращается в гамма-излучение. Возможно, при формировании диска генерируется магнитное поле, которое в 10¹⁵ раз сильнее магнитного поля Земли. В результате диск разогревается до столь высокой температуры, что образуется огненный шар из плазмы и гамма-лучей, который разлетается в виде двух тонких струй вдоль оси вращения диска.
Поскольку излучение гамма-всплеска одинаково хорошо объясняется как гиперновой, так и слиянием компактных объектов, требуются дополнительные характеристики вспышки, чтобы выбрать между двумя сценариями. Например, отождествление гамма-всплесков со сверхновыми говорит в пользу гиперновых, которые просто очень мощные сверхновые. Кроме того, гамма-всплески обычно наблюдаются именно там, где должны взрываться гиперновые, а именно в тех областях галактик, где протекает звездообразование. Массивные звезды взрываются вскоре (спустя несколько миллионов лет) после формирования, поэтому они умирают недалеко от места своего рождения. А вот для слияния компактных звезд требуется значительно большее время (миллиарды лет), за которое они разбредаются по всей галактике. Если компактные объекты - причина гамма-всплесков, то они бы не наблюдались преимущественно в областях звездообразования.
Судя по всему, гиперновые объясняют большинство гамма-всплесков; но на столь огромном полотне останется место и для слияния компактных звезд. Более того, разрабатываются альтернативные модели. В одном из сценариев огненный шар образуется при выделении энергии из электрически заряженной черной дыры: как первая вспышка, так и послесвечение происходит оттого, что огненный шар сгребает окружающее вещество. Астрономы до сих пор не знают точно причины этих взрывов, не изучены и типы вспышек.