Bởi vì các chớp tia gamma nằm cách rất xa Trái Đất, việc nhận ra các thiên thể gốc, những hệ thống tạo ra những vụ nổ năng lượng này là một thử thách khó khăn. Sự liên quan giữa một số chớp GRB dài với siêu tân tinh và thực tế rằng các thiên hà chủ chứa siêu tân tinh có những vùng hình thành sao nhanh gợi ra chứng cứ cho nguồn gốc của các chớp gamma dài có liên quan đến các ngôi sao khối lượng lớn. Cơ chế được chấp nhận rộng rãi nhất về nguồn gốc của các chớp GRB kéo dài đó là mô hình sao sụp đổ,[81] trong đó lõi của một ngôi sao khối lượng rất lớn, có độ kim loại thấp, quay quanh trục rất nhanh bị sụp đổ thành một lỗ đen trong giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa. Vật chất gần lõi sao rơi trở lại về trung tâm và cuộn xoáy thành một đĩa bồi tụ mật độ lớn.

Sự rơi của các vật chất này vào lỗ đen tạo ra cặp tia tương đối tính chiếu theo hướng của trục quay lỗ đen, đục xuyên qua lớp vật chất bao lấy ngôi sao gốc đã bị đẩy ra từ trước và phát ra các tia gamma. Một số mô hình khác thay thế lỗ đen bằng sao từ mới hình thành,[82][83] cho dù một số khía cạnh khác của mô hình (sự sụp đổ của lõi của ngôi sao rất lớn và sự hình thành chùm tia tương đối tính) có đặc điểm như nhau.

Các vùng gần nhất bên trong Ngân Hà mà sản sinh sao trẻ tạo ra các chớp tia gamma kéo dài dường như là các vùng chứa sao Wolf–Rayet, một loại sao cực nóng và khối lượng rất lớn, mà tỏa ra phần lớn hoặc toàn bộ hiđrô của chúng thành áp suất bức xạ. Eta Carinae và WR 104 đã được trích dẫn như là những ứng cử viên sẽ phát ra chớp gamma kéo dài trong tương lai.[84] Các nhà thiên văn vẫn chưa nắm rõ liệu bất kỳ một ngôi sao nào trong Ngân Hà có những đặc điểm phù hợp có thể phát ra chớp gamma hay không.[85]

Mô hình ngôi sao nguồn gốc có khối lượng lớn không giải thích được tất cả mọi loại chớp tia gamma. Có một bằng chứng mạnh cho thấy các chớp tia gamma kéo dài ngắn xảy ra ở những nơi không có quá trình hình thành sao và không có các sao khối lượng lớn, như ở các thiên hà elip và quầng thiên hà (galaxy halo).[78] Các nhà vật lý thiên văn nghiêng về một lý thuyết giải thích nguồn gốc của hầu hết các chớp gamma ngắn đó là sự va chạm sáp nhập của hệ chứa hai sao neutron. Theo mô hình này, hai sao khối lượng lớn trong hệ đôi qua quá trình tiến hóa trở thành các sao neutron, chuyển động trên quỹ đạo có chu kỳ giảm dần do hệ phát ra năng lượng dưới dạng sóng hấp dẫn[86][87] cho đến khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ đến mức lực thủy triều xé toạc lớp vỏ của chúng trước khi hai sao va chạm sáp nhập để trở thành một lỗ đen. Thời điểm hai sao neutron va chạm phát ra bức xạ gamma ngắn dọc theo phương vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo của hệ. Vật chất rơi vào lỗ đen mới hình thành tạo nên một đĩa bồi tụ và giải phóng các chùm năng lượng trong bước sóng tia X đến tia vô tuyến, tương tự như mô hình sao sụp đổ. Nhiều mô hình cũ hơn đã được đề xuất để giải thích chớp gamma ngắn, bao gồm sự va chạm của một sao neutron với lỗ đen, đĩa bồi tụ vật chất quanh sao neutron dẫn đến nó sụp đổ, hoặc sự bay hơi các lỗ đen nguyên thủy.[88][89][90][91]

Nhà vật lý lý thuyết Friedwardt Winterberg đã đề xuất một mô hình khác trong đó ngôi sao lớn xảy ra vụ sụp đổ hấp dẫn và trở thành hố đen. Vật chất rơi tới chân trời sự kiện bị nghiền nát sản sinh ra chớp gamma.[92]

Sự kiện tác động bởi lực thủy triều

Một lớp sự kiện chớp tia gamma mới đã được phát hiện qua sự kiện GRB 110328A bởi Kính thiên văn không gian tia gamma Swift vào ngày 28 tháng 3 năm 2011. Ở sự kiện này chớp tia gamma đã phát ra trong khoảng 2 ngày, lâu hơn rất nhiều so với một sự kiện GRB siêu dài, và nguồn này còn tiếp tục phát ra tia X trong nhiều tháng. Vị trí nguồn phát nằm ở vùng trung tâm của một thiên hà elip nhỏ ở khoảng cách tương ứng với dịch chuyển đỏ z = 0,3534. Tranh luận về bản chất của vụ nổ này vẫn chưa chấm dứt khi có hai quan điểm cho rằng vụ nổ xuất phát từ sự suy sụp hấp dẫn của một sao lớn hay đây là sự kiện xé toạc vật chất bởi lực thủy triều đi kèm với chùm tia tương đối tính, mặc dù cách giải thích sau nhận được nhiều sự ủng hộ hơn.

Sự kiện tác động bởi lực thủy triều kiểu này xảy ra khi một ngôi sao bị lực thủy triều của một lỗ đen siêu khối lượng xé toạc nó ra, và có thể tạo ra chùm tia tương đối tính với năng lượng bức xạ mạnh ở bước sóng gamma. Sự kiện GRB 110328A (còn được ký hiệu là Swift J1644+57) ban đầu được giải thích là kết quả của sự xé toạc ngôi sao trong dãy chính bởi lực thủy triều từ một lỗ đen siêu khối lượng lớn gấp vài triệu lần khối lượng Mặt Trời,[93][94][95] tuy thế về sau có thêm lập luận cho rằng lực thủy triều từ lỗ đen khối lượng bằng vài chục nghìn lần khối lượng Mặt Trời đã xé tan một sao lùn trắng quay gần nó.[96]