We present new observations of the early X-ray afterglows of the first 27 gamma-ray bursts (GRBs) well observed by the Swift X-Ray Telescope (XRT). The early X-ray afterglows show a canonical behavior, where the light curve broadly consists of three distinct power-law segments: (1) an initial very steep decay (∝t-α with 3 ≲ α1 ≲ 5), followed by (2) a very shallow decay (0.5 ≲ α2 ≲ 1.0), and finally (3) a somewhat steeper decay (1 ≲ α3 ≲ 1.5). These power-law segments are separated by two corresponding break times, tbreak,1 ≲ 500 s and 103 s ≲ tbreak,2 ≲ 104 s. On top of this canonical behavior, many events have superimposed X-ray flares, which are most likely caused by internal shocks due to long-lasting sporadic activity of the central engine, up to several hours after the GRB. We find that the initial steep decay is consistent with it being the tail of the prompt emission, from photons that are radiated at large angles relative to our line of sight. The first break in the light curve (tbreak,1) takes place when the forward shock emission becomes dominant, with the intermediate shallow flux decay (α2) likely caused by the continuous energy injection into the external shock. When this energy injection stops, a second break is then observed in the light curve (tbreak,2). This energy injection increases the energy of the afterglow shock by at least a factor of f ≳ 4 and augments the already severe requirements for the efficiency of the prompt gamma-ray emission.

Gamma-ray bursts (GRBs) are highly energetic explosions signaling the death of massive stars in distant galaxies. The Gamma-ray Burst Monitor and Large Area Telescope onboard the Fermi Observatory together record GRBs over a broad energy range spanning about 7 decades of gammaray energy. In September 2008, Fermi observed the exceptionally luminous GRB 080916C, with the largest apparent energy release yet measured. The high-energy gamma rays are observed to start later and persist longer than the lower energy photons. A simple spectral form fits the entire GRB spectrum, providing strong constraints on emission models. The known distance of the burst enables placing lower limits on the bulk Lorentz factor of the outflow and on the quantum gravity mass.

Gamma-ray bursts (GRBs) are the most powerful explosions in the universe and probe physics under extreme conditions. GRBs divide into two classes, of short and long duration, thought to originate from different types of progenitor systems. The physics of their gamma-ray emission is still poorly known, over 40 years after their discovery, but may be probed by their highest-energy photons. Here we report the first detection of high-energy emission from a short GRB with measured redshift, GRB 090510, using the Fermi Gamma-ray Space Telescope. We detect for the first time a GRB prompt spectrum with a significant deviation from the Band function. This can be interpreted as two distinct spectral components, which challenge the prevailing gamma-ray emission mechanism: synchrotron - synchrotron self-Compton. The detection of a 31 GeV photon during the first second sets the highest lower limit on a GRB outflow Lorentz factor, of >1200, suggesting that the outflows powering short GRBs are at least as highly relativistic as those powering long GRBs. Even more importantly, this photon sets limits on a possible linear energy dependence of the propagation speed of photons (Lorentz-invariance violation) requiring for the first time a quantum-gravity mass scale significantly above the Planck mass.

Long-duration γ-ray bursts (GRBs) release copious amounts of energy across the entire electromagnetic spectrum, and so provide a window into the process of black hole formation from the collapse of massive stars. Previous early optical observations of even the most exceptional GRBs (990123 and 030329) lacked both the temporal resolution to probe the optical flash in detail and the accuracy needed to trace the transition from the prompt emission within the outflow to external shocks caused by interaction with the progenitor environment. Here we report observations of the extraordinarily bright prompt optical and γ-ray emission of GRB 080319B that provide diagnostics within seconds of its formation, followed by broadband observations of the afterglow decay that continued for weeks. We show that the prompt emission stems from a single physical region, implying an extremely relativistic outflow that propagates within the narrow inner core of a two-component jet. The γ-ray burst GRB 080319B, the result of the violent collapse of a massive star to form a black hole, is the most luminous optical flash so far observed in the 40-year history of γ-ray astronomy. Discovered by the Swift satellite on 19 March 2008 and briefly visible to the naked eye, it produces energy across the entire electromagnetic spectrum. Now a reanalysis of the extraordinarily bright emissions of GRB 080319B within a few seconds of its formation, together with broadband observations of its decay over the following few weeks, provide the clearest picture yet of one of these events. The data clearly establish that the prompt optical flash was produced in the same physical region as the γ-ray burst itself. The afterglow properties cannot be explained by the standard simple models, but rather imply a multi-component jet interpretation. Long duration γ-ray bursts (GRBs) release copious amounts of energy across the entire electromagnetic spectrum, and provide a window into the process of black hole formation from the collapse of massive stars. Observations of the extraordinarily bright prompt optical and γ-ray emission of GRB 080319B shows that the prompt emission stems from a single physical region, implying an extremely relativistic outflow that propagates within the narrow inner core of a two-component jet.

The tidy classification system that divided γ-ray bursts (GRBs) into long-duration busts (lasting more than two seconds) and short may have had its day. The final nail in its coffin may be GRB 060614. Discovered on 14 June 2006 by the Burst Alert Telescope on-board the Swift satellite, this burst was long, at 102 seconds, but as reported in a clutch of papers in this issue, it has a number of properties, including the absence of an accompanying supernova, that were previously considered diagnostic of a 'short' GRB. The hunt is now on for a classification system to take account of the diversity now apparent in GRBs. In the accompanying News & Views, Bing Zhang suggests that the answer may be to adopt a Type I/Type II classification similar to that used for supernovae. The bright, nearby γ-ray burst (GRB) 060614 does not fit in either of the two duration classes. Its ∼102-s duration groups it with long-duration GRBs, whereas its temporal lag and peak luminosity fall entirely within the short GRB subclass. This opens the door on a new GRB classification scheme that straddles both long and short bursts. Gamma-ray bursts (GRBs) are known to come in two duration classes1, separated at ∼2 s. Long-duration bursts originate from star-forming regions in galaxies2, have accompanying supernovae when these are near enough to observe and are probably caused by massive-star collapsars3. Recent observations4,5,6,7,8,9,10 show that short-duration bursts originate in regions within their host galaxies that have lower star-formation rates, consistent with binary neutron star or neutron star–black hole mergers11,12. Moreover, although their hosts are predominantly nearby galaxies, no supernovae have been so far associated with short-duration GRBs. Here we report that the bright, nearby GRB 060614 does not fit into either class. Its ∼102-s duration groups it with long-duration GRBs, while its temporal lag and peak luminosity fall entirely within the short-duration GRB subclass. Moreover, very deep optical observations exclude an accompanying supernova13,14,15, similar to short-duration GRBs. This combination of a long-duration event without an accompanying supernova poses a challenge to both the collapsar and the merging-neutron-star interpretations and opens the door to a new GRB classification scheme that straddles both long- and short-duration bursts.

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.

We present detailed observations of the bright short-hard gamma-ray burst GRB 090510 made with the Gamma-ray Burst Monitor (GBM) and Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi observatory. GRB 090510 is the first burst detected by the LAT that shows strong evidence for a deviation from a Band spectral fitting function during the prompt emission phase. The time-integrated spectrum is fit by the sum of a Band function with $\Epeak = 3.9\pm 0.3$\,MeV, which is the highest yet measured, and a hard power-law component with photon index $-1.62\pm 0.03$ that dominates the emission below $\approx$\,20\,keV and above $\approx$\,100\,MeV. The onset of the high-energy spectral component appears to be delayed by $\sim$\,0.1\,s with respect to the onset of a component well fit with a single Band function. A faint GBM pulse and a LAT photon are detected 0.5\,s before the main pulse. During the prompt phase, the LAT detected a photon with energy $30.5^{+5.8}_{-2.6}$ GeV, the highest ever measured from a short GRB. Observation of this photon sets a minimum bulk outflow Lorentz factor, $\Gamma\ga$\,1200, using simple $\gamma\gamma$ opacity arguments for this GRB at redshift $z = 0.903$ and a variability time scale on the order of tens of ms for the $\approx$\,100\,keV--few MeV flux. Stricter high confidence estimates imply $\Gamma \ga 1000$ and still require that the outflows powering short GRBs are at least as highly relativistic as those of long duration GRBs. Implications of the temporal behavior and power-law shape of the additional component on synchrotron/synchrotron self-Compton (SSC), external-shock synchrotron, and hadronic models are considered.

In three years of observations since the beginning of nominal science operations in August 2008, the Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi Gamma Ray Space Telescope has observed high-energy (>20 MeV) \gamma-ray emission from 35 gamma-ray bursts (GRBs). Among these, 28 GRBs have been detected above 100 MeV and 7 GRBs above ~ 20 MeV. The first Fermi-LAT catalog of GRBs is a compilation of these detections and provides a systematic study of high-energy emission from GRBs for the first time. To generate the catalog, we examined 733 GRBs detected by the Gamma-Ray Burst Monitor (GBM) on Fermi and processed each of them using the same analysis sequence. Details of the methodology followed by the LAT collaboration for GRB analysis are provided. We summarize the temporal and spectral properties of the LAT-detected GRBs. We also discuss characteristics of LAT-detected emission such as its delayed onset and longer duration compared to emission detected by the GBM, its power-law temporal decay at late times, and the fact that it is dominated by a power-law spectral component that appears in addition to the usual Band model.

The observations of the exceptionally bright gamma-ray burst (GRB) 130427A by the Large Area Telescope aboard the Fermi Gamma-ray Space Telescope provide constraints on the nature of these unique astrophysical sources. GRB 130427A had the largest fluence, highest-energy photon (95 GeV), longest γ-ray duration (20 hours), and one of the largest isotropic energy releases ever observed from a GRB. Temporal and spectral analyses of GRB 130427A challenge the widely accepted model that the nonthermal high-energy emission in the afterglow phase of GRBs is synchrotron emission radiated by electrons accelerated at an external shock.