Biểu đồ cường độ ánh sáng (light curve) của chớp gamma rất đa dạng và phức tạp.[37] Không có hai chớp tia gamma có đồ thị đường cong ánh sáng trùng nhau,[38] với mức độ thay đổi lớn được quan sát ở hầu hết từng đặc tính: khoảng thời gian quan sát được phát ra có thể biến đổi từ vài mili giây cho đến vài chục phút, có một đỉnh nhọn hoặc thêm một vài đỉnh con, từng đỉnh có dạng đối xứng hoặc sáng lên nhanh chóng rồi mờ chậm dần. Hoặc trước khi xảy ra sự kiện chính có chớp yếu hơn xuất hiện sau đó (khoảng vài giây hoặc vài phút mà không có thêm phát xạ nào) đến giai đoạn bức xạ cường độ mạnh "thực sự".[39] Đường cong ánh sáng của một số sự kiện có dạng cực kỳ hỗn độn và phức tạp mà không thể hiện rõ có phần đặc trưng nào.[22]

Mặc dù một số biểu đồ cường độ ánh sáng có thể tái dựng lại sơ lược bằng cách áp dụng các mô hình đơn giản hóa,[40] tiến trình hiểu biết đầy đủ các dạng đồ thị đường cong cường độ của ánh sáng khả kiến diễn ra một cách chậm chạp. Các nhà vật lý thiên văn đã đề xuất một số mô hình, nhưng chúng thường chỉ dựa trên các sự khác biệt trong hình dạng của đường cong và không phải luôn luôn phản ánh bản chất vật lý thực thụ khác nhau ở nguồn gốc của vụ nổ. Tuy nhiên, khi vẽ ra sự phân bố của khoảng thời gian quan sát[nb 3] đối với một số lớn các sự kiện chớp gamma, đã thể hiện rõ ràng hai kiểu khác nhau, gợi ra sự tồn tại của hai loại chớp tia gamma phân biệt: một loại "ngắn" với thời gian xảy ra trung bình trong khoảng 0,3 giây và một loại "dài" với thời gian trung bình 30 giây.[41] Sự phân bố của hai loại này rất rộng với một miền giao nhau đáng kể, trong đó việc phân biệt kiểu sự kiện mà chỉ dựa trên khoảng thời gian xảy ra là rất khó. Các nhà vật lý thiên văn đã đề xuất thêm các hệ thống phân loại chớp tia gamma ngoài hệ thống hai loại vừa nêu, dựa trên dữ liệu quan sát và mô hình lý thuyết.[42][43][44][45]

Chớp tia gamma ngắn

Các sự kiện có thời khoảng ngắn hơn 2 giây được phân loại thành các chớp tia gamma ngắn. Chúng chiếm khoảng 30% số lượng chớp quan sát được, nhưng cho đến tận năm 2005, chưa có giai đoạn ánh sáng muộn nào được quan sát từ sự kiện ngắn nào và hiểu biết về nguồn gốc của chớp ngắn vẫn còn rất ít.[47] Kể từ đó, hàng tá chớp gamma ngắn với ánh sáng muộn đã được phát hiện và xác nhận vị trí, một vài trong số chúng nằm ở vùng có ít hoặc không có quá trình hình thành các sao mới, như ở các thiên hà elip và vùng trung tâm ở các quần tụ thiên hà lớn.[48][49][50][51] Kết quả này loại trừ khả năng liên hệ đến vụ nổ của một ngôi sao khối lượng lớn, xác nhận nguồn gốc vật lý của chớp tia gamma ngắn khác hẳn với các sự kiện dài. Thêm vào đó, dường như các chớp ngắn không đi kèm theo vụ nổ siêu tân tinh.[52]

Bản chất thực sự của chớp ngắn vẫn chưa được biết rõ (hoặc liệu mô hình hiện tại về phân thành hai loại chớp đã chính xác), mặc dù giả thuyết hàng đầu cho rằng chớp tia gamma ngắn có nguồn gốc từ sự va chạm của hai sao neutron[53] hoặc một sao neutron với một lỗ đen. Các va chạm này cũng được cho là tạo ra vụ nổ kilonovae,[54] và chứng cứ về mối liên hệ giữa vụ nổ kilonova với chớp GRB 130603B đã được quan sát và xác nhận.[55][56][57] Khoảng thời gian trung bình cho những sự kiện kéo dài 0,2 giây gợi ra đường kính vật lý của nguồn phát phải là rất nhỏ theo thuật ngữ trong ngành thiên văn vật lý; nhỏ hơn 0,2 giây ánh sáng (khoảng 60.000 km —bốn lần đường kính Trái Đất). Việc quan sát được các chớp tia X trong vòng vài phút cho đến vài giờ sau chớp tia gamma ngắn là phù hợp với sự kiện vật chất từ một sao neutron ban đầu bị nuốt bởi một lỗ đen trong thời gian ít hơn 2 giây, theo sau bởi sự kiện phát ra ít năng lượng hơn kéo dài trong vài giời, khi vật chất còn lại từ sao neutron bị xé toạc bởi lực thủy triều (không còn là neutronium nữa) còn trên quỹ đạo xoắn ốc về phía lỗ đen, bị hút dần về nó trong khoảng thời gian lâu hơn.[47] Một phần nhỏ các chớp gamma ngắn có lẽ được tạo ra từ những vụ lóe sáng khổng lồ từ thiên thể phát tia gamma lặp lại trong những thiên hà ở gần.[58][59]

Nguồn gốc của chớp tia gamma ngắn từ vụ nổ kilonovae đã được xác nhận khi chớp ngắn GRB 170817A đã được phát hiện 1,7 s sau tín hiệu sóng hấp dẫn GW170817, đó là tín hiệu từ vụ va chạm sáp nhập của hai sao neutron.[53][60]

Chớp tia gamma kéo dài

Hầu hết các sự kiện đã được quan sát (70%) có khoảng thời gian diễn ra lớn hơn 2 giây và được phân loại thành chớp tia gamma dài. Bởi vì các sự kiện này chiếm đa số và chúng có xu hướng có bức xạ muộn sáng nhất, các chi tiết và đặc điểm của loại này đã được quan sát tốt hơn so với các đặc điểm của lớp tia gamma ngắn. Hầu như các chớp gamma dài đã được nghiên cứu kỹ đều có mối liên hệ với một thiên hà có vùng hình thành sao mạnh, và trong nhiều trường hợp cũng có liên hệ với vụ nổ siêu tân tinh suy sụp lõi, và do vậy có mối liên hệ giữa chớp GRB dài và sự kết thúc của các ngôi sao khối lượng lớn.[61] Quan sát bức xạ muộn của chớp GRB dài, ở vị trí có độ dịch chuyển đỏ cao, cũng cho kết quả nhất quán với chớp GRB dài có nguồn gốc từ những vùng hình thành sao.[62]

Chớp tia gamma siêu kéo dài

Những sự kiện này nằm ở phần cuối của biểu đồ phân bố các chớp GRB dài, diễn ra lâu hơn 10.000 giây. Chúng đã từng được đề xuất xếp thành một lớp các sự kiện riêng biệt, có nguồn gốc từ sự suy sụp hấp dẫn của một sao khổng lồ xanh,[63] hay một sự kiện ngôi sao bị xé toạc bởi lực thủy triều[64][65] hoặc bởi sao từ mới hình thành.[64][66] Chỉ một số nhỏ các sự kiện như vậy đã được phát hiện, với đặc trưng cơ bản là khoảng thời gian phát xạ tia gamma. Sự kiện xảy ra trong thời gian lâu được nghiên cứu nhiều nhất đó là GRB 101225A và GRB 111209A.[65][67][68] Tỷ lệ phát hiện thấp các sự kiện như thế có thể là do độ nhạy thấp của các thiết bị đo hiện tại đối với các sự kiện xảy ra trong thời gian dài, hơn là phản ánh tần suất xảy ra thực sự của kiểu sự kiện này.[65] Mặt khác, một nghiên cứu năm 2013,[69] chỉ ra tồn tại chứng cứ cho một lớp các sự kiện GRB siêu kéo dài với một loại nguồn phát được đề xuất, và cần thiết phải có quan sát đa bước sóng để đi đến được kết luận chính xác.