The Swift mission, scheduled for launch in 2004, is a multiwavelength observatory for gamma-ray burst (GRB) astronomy. It is a first-of-its-kind autonomous rapid-slewing satellite for transient astronomy and pioneers the way for future rapid-reaction and multiwavelength missions. It will be far more powerful than any previous GRB mission, observing more than 100 bursts yr-1 and performing detailed X-ray and UV/optical afterglow observations spanning timescales from 1 minute to several days after the burst. The objectives are to (1) determine the origin of GRBs, (2) classify GRBs and search for new types, (3) study the interaction of the ultrarelativistic outflows of GRBs with their surrounding medium, and (4) use GRBs to study the early universe out to z > 10. The mission is being developed by a NASA-led international collaboration. It will carry three instruments: a new-generation wide-field gamma-ray (15-150 keV) detector that will detect bursts, calculate 1'-4' positions, and trigger autonomous spacecraft slews; a narrow-field X-ray telescope that will give 5'' positions and perform spectroscopy in the 0.2-10 keV band; and a narrow-field UV/optical telescope that will operate in the 170-600 nm band and provide 03 positions and optical finding charts. Redshift determinations will be made for most bursts. In addition to the primary GRB science, the mission will perform a hard X-ray survey to a sensitivity of ~1 mcrab (~2 × 10-11 ergs cm-2 s-1 in the 15-150 keV band), more than an order of magnitude better than HEAO 1 A-4. A flexible data and operations system will allow rapid follow-up observations of all types of high-energy transients, with rapid data downlink and uplink available through the NASA TDRSS system. Swift transient data will be rapidly distributed to the astronomical community, and all interested observers are encouraged to participate in follow-up measurements. A Guest Investigator program for the mission will provide funding for community involvement. Innovations from the Swift program applicable to the future include (1) a large-area gamma-ray detector using the new CdZnTe detectors, (2) an autonomous rapid-slewing spacecraft, (3) a multiwavelength payload combining optical, X-ray, and gamma-ray instruments, (4) an observing program coordinated with other ground-based and space-based observatories, and (5) immediate multiwavelength data flow to the community. The mission is currently funded for 2 yr of operations, and the spacecraft will have a lifetime to orbital decay of ~8 yr.

Gamma-ray bursts are the most luminous explosions in the Universe, and their origin and mechanism are the focus of intense research and debate. More than three decades after their discovery, and after pioneering breakthroughs from space and ground experiments, their study is entering a new phase with the recently launched Swift satellite. The interplay between these observations and theoretical models of the prompt gamma-ray burst and its afterglow is reviewed.

We discuss the evolution of cosmological gamma-ray burst remnants, consisting of the cooling and expanding fireball ejecta together with any swept-up external matter, after the gamma-ray event. We show that significant optical emission is predicted which should be measurable for timescales of hours after the event, and in some cases radio emission may be expected days to weeks after the event. The flux at optical, X-ray and other long wavelengths decays as a power of time, and the initial value of the flux or magnitude, as well as the value of the time-decay exponent, should help to distinguish between possible types of dissipative fireball models.

The expansion energy of a relativistic fireball can be reconverted into radiation when it interacts with an external medium. For expansion with Lorentz factors ≳ 103 into a typical galactic environment, the corresponding time-scale in the frame of the observer is of the order of seconds. This mechanism would operate in any cosmological scenario of gamma-ray bursts involving initial energies of order a per cent of a stellar rest mass, and implies photon energies and time-scales compatible with those observed in gamma-ray bursts.

The cosmological gamma-ray burst (GRB) phenomenon is reviewed. The broad observational facts and empirical phenomenological relations of the GRB prompt emission and afterglow are outlined. A well-tested, successful fireball shock model is introduced in a pedagogical manner. Several important uncertainties in the current understanding of the phenomenon are reviewed, and prospects of how future experiments and extensive observational and theoretical efforts may address these problems are discussed.

Although the link between long gamma-ray bursts (GRBs) and supernovae has been established, hitherto there have been no observations of the beginning of a supernova explosion and its intimate link to a GRB. In particular, we do not know how the jet that defines a gamma-ray burst emerges from the star's surface, nor how a GRB progenitor explodes. Here we report observations of the relatively nearby GRB 060218 (ref. 5) and its connection to supernova SN 2006aj (ref. 6). In addition to the classical non-thermal emission, GRB 060218 shows a thermal component in its X-ray spectrum, which cools and shifts into the optical/ultraviolet band as time passes. We interpret these features as arising from the break-out of a shock wave driven by a mildly relativistic shell into the dense wind surrounding the progenitor. We have caught a supernova in the act of exploding, directly observing the shock break-out, which indicates that the GRB progenitor was a Wolf-Rayet star.

▪ Abstract The gamma ray burst phenomenon is reviewed from a theoretical point of view, with emphasis on the fireball shock scenario of the prompt emission and the longer wavelength afterglow. Recent progress and issues are discussed, including spectral-temporal evolution, localizations, jets, spectral lines, environmental and cosmological aspects, as well as some prospects for future experiments in both electromagnetic and nonelectromagnetic channels.

Gamma-ray bursts (GRBs) come in two classes: long (> 2 s), soft-spectrum bursts and short, hard events. Most progress has been made on understanding the long GRBs, which are typically observed at high redshift (z approximately 1) and found in subluminous star-forming host galaxies. They are likely to be produced in core-collapse explosions of massive stars. In contrast, no short GRB had been accurately (< 10'') and rapidly (minutes) located. Here we report the detection of the X-ray afterglow from--and the localization of--the short burst GRB 050509B. Its position on the sky is near a luminous, non-star-forming elliptical galaxy at a redshift of 0.225, which is the location one would expect if the origin of this GRB is through the merger of neutron-star or black-hole binaries. The X-ray afterglow was weak and faded below the detection limit within a few hours; no optical afterglow was detected to stringent limits, explaining the past difficulty in localizing short GRBs.

view Abstract Citations (584) References (22) Co-Reads Similar Papers Volume Content Graphics Metrics Export Citation NASA/ADS Relativistic Fireballs and Their Impact on External Matter: Models for Cosmological Gamma-Ray Bursts Meszaros, P. ; Rees, M. J. Abstract We discuss the production of cosmological gamma-ray bursts intense enough to be detected at cosmological distances. Events such as the coalescence of compact binaries can create sufficient energy on time scales much less than 1 s. A short 'primary' burst is expected when the resultant fireball becomes optically thin, but this may be weak because the bulk of the radiative energy has been converted into kinetic energy while still trapped within the fireball. But when this expanding material impacts on an external medium, its bulk kinetic energy can be rerandomized. The requirements on the composition of the fireball itself are less stringent than for other interpretations of cosmological gamma-ray bursts. Moreover, our model suggests that the spectra and time structure of the bursts may depend in interesting ways on the environment in which the energy-generating event occurs. Publication: The Astrophysical Journal Pub Date: March 1993 DOI: 10.1086/172360 Bibcode: 1993ApJ...405..278M Keywords: Astronomical Models; Fireballs; Gamma Ray Bursts; Relativistic Velocity; Gamma Ray Spectra; Neutron Stars; Shock Waves; Space Radiation; GAMMA RAYS: BURSTS; RADIATION MECHANISMS: MISCELLANEOUS; SHOCK WAVES; STARS: NEUTRON full text sources ADS |

view Abstract Citations (1148) References (14) Co-Reads Similar Papers Volume Content Graphics Metrics Export Citation NASA/ADS Unsteady Outflow Models for Cosmological Gamma-Ray Bursts Rees, M. J. ; Meszaros, P. Abstract The 'event' that triggers a gamma ray burst cannot last for more than a few seconds. This is, however, long compared with the dynamical timescale of a compact stellar-mass object ($\sim 10^{-3}$ seconds). Energy is assumed to be released as an outflow with high mean lorentz factor $\Gamma$. But a compact stellar-mass collapse or merger is, realistically, likely to generate a mass (or energy) flux that is unsteady on some timescales in the range $10^{-3}$ - 10 seconds. If $\Gamma$ fluctuates by a factor of $\sim 2$ around its mean value, relative motions within the outflowing material will themselves (in the comoving frame) be relativistic, and can give rise to internal shocks. For $\Gamma \sim 10^2$, the resultant dissipation occurs outside the 'photosphere' and can convert a substantial fraction of the overall outflow energy into non-thermal radiation. This suggests a mechanism for cosmological bursts that demands less extreme assumptions (in respect of $\Gamma$-values, freedom from baryonic contamination, etc) than earlier proposals. Publication: The Astrophysical Journal Pub Date: August 1994 DOI: 10.1086/187446 arXiv: arXiv:astro-ph/9404038 Bibcode: 1994ApJ...430L..93R Keywords: Compacting; Gamma Ray Bursts; Mathematical Models; Stellar Mass; Baryons; Collapse; Lorentz Contraction; Relativistic Velocity; Shock Waves; Space Radiation; COSMOLOGY: MISCELLANEOUS; GAMMA RAYS: BURSTS; GAMMA RAYS: THEORY; Astrophysics E-Print: 7 pages, plain TeX full text sources arXiv | ADS |