Een foto maken van een exoplaneet - een planeet in een zonnestelsel voorbij onze zon - is geen gemakkelijke taak. Het licht van de moederster van een planeet overtreft ver het licht van de planeet zelf, waardoor de planeet moeilijk te zien is. Hoewel het maken van een foto van een kleine rotsachtige planeet als de aarde nog steeds niet haalbaar is, onderzoekers hebben vooruitgang geboekt door beelden te maken van ongeveer 20 gigantische planeetachtige lichamen. Deze objecten, bekend als planetaire massa-metgezellen, zijn massiever dan Jupiter, baan ver van de schittering van hun sterren, en zijn jong genoeg om nog steeds te gloeien van de hitte van hun formatie - allemaal eigenschappen die het gemakkelijker maken om ze te fotograferen.

Maar één grote vraag blijft:zijn deze metgezellen van planetaire massa eigenlijk planeten, of zijn het in plaats daarvan kleine "mislukte" sterren die bruine dwergen worden genoemd? Bruine dwergen vormen zich zoals sterren - uit instortende gaswolken - maar ze missen de massa om te ontbranden en te schijnen met sterrenlicht. Ze zijn te vinden in hun eentje in de ruimte, of ze kunnen worden gevonden in een baan met andere bruine dwergen of sterren. De kleinste bruine dwergen zijn vergelijkbaar in grootte met Jupiter en zouden er net zo uitzien als een planeet in een baan om een ​​ster.

Onderzoekers van Caltech hebben het mysterie op een nieuwe manier benaderd:ze hebben de spinsnelheden van drie van de gefotografeerde metgezellen van de planeetmassa gemeten en vergeleken met de spinsnelheden van kleine bruine dwergen. De resultaten bieden een nieuwe reeks aanwijzingen die duiden op hoe de metgezellen zich hebben gevormd.

"Deze metgezellen met hun hoge massa's en brede scheidingen hadden zich kunnen vormen als planeten of bruine dwergen, " zegt afstudeerstudent Marta Bryan (MS '14), hoofdauteur van een nieuwe studie die de bevindingen in het tijdschrift beschrijft Natuurastronomie . "In dit onderzoek, we wilden licht werpen op hun oorsprong."

"Deze nieuwe spinmetingen suggereren dat als deze lichamen massieve planeten zijn die ver van hun sterren verwijderd zijn, ze hebben eigenschappen die sterk lijken op die van de kleinste bruine dwergen, " zegt Heather Knutson, hoogleraar planetaire wetenschappen aan Caltech en co-auteur van het artikel.

De astronomen gebruikten het W.M. Keck Observatory in Hawaï, dat wordt beheerd door Caltech, de Universiteit van Californië, en NASA - om de spinsnelheid te meten, of de lengte van een dag, van drie planetaire massa-metgezellen bekend als ROXs 42B b, GSC 6214-210 b, en VHS 1256-1257 b. Ze gebruikten een instrument in Keck, de Near Infrared Spectrograph (NIRSpec), om het licht van de metgezellen te ontleden. Terwijl de objecten om hun assen draaien, licht van de kant die naar ons toe draait, verschuift naar korter, blauwere golflengten, terwijl het licht van de terugwijkende zijde naar langer verschuift, rodere golflengten. De mate van deze verschuiving geeft de snelheid van een roterend lichaam aan. De resultaten toonden aan dat de spinsnelheden van de drie metgezellen varieerden van 6 tot 14 kilometer per seconde, vergelijkbaar met de rotatiesnelheden van de gasreuzenplaneten Saturnus en Jupiter in ons zonnestelsel.

Voor de studie, de onderzoekers namen ook de twee planetaire massa-metgezellen op waarvoor de spinsnelheden al waren gemeten. Een, β Pictoris b, heeft een rotatiesnelheid van 25 kilometer per seconde - de snelste rotatiesnelheid van alle planetaire massa's die tot nu toe zijn gemeten.

De onderzoekers vergeleken de spinsnelheden voor de vijf metgezellen met die eerder gemeten voor kleine vrij zwevende bruine dwergen. De reeksen van rotatiesnelheden voor de twee populaties waren niet te onderscheiden. Met andere woorden, de metgezellen wervelen rond hun eigen as met ongeveer dezelfde snelheden als hun vrij zwevende bruine dwerg-tegenhangers.

De resultaten suggereren twee mogelijkheden. Een daarvan is dat de metgezellen van de planeetmassa eigenlijk bruine dwergen zijn. De tweede mogelijkheid is dat de metgezellen die in deze studie werden bekeken, planeten zijn die gevormd zijn, net zoals planeten doen, uit schijven van materiaal die rond hun sterren wervelen, maar om nog niet begrepen redenen, de objecten eindigden met spinsnelheden die vergelijkbaar waren met die van bruine dwergen. Sommige onderzoekers denken dat zowel nieuw gevormde planeten als bruine dwergen worden omringd door miniatuur gasschijven die zouden kunnen helpen om hun spinsnelheid te vertragen. Met andere woorden, vergelijkbare fysieke processen kunnen planeten en bruine dwergen met vergelijkbare spinsnelheden achterlaten.

"Het is een kwestie van nature versus nurture, "zegt Knutson. "Waren de planetaire metgezellen geboren als bruine dwergen, of gedroegen ze zich gewoon zoals zij met vergelijkbare spins?"

Het team zegt ook dat de metgezellen langzamer draaien dan verwacht. Groeiende planeten hebben de neiging om te worden rondgedraaid door het materiaal dat ze aanzuigen van een omringende gasschijf, op dezelfde manier dat draaiende schaatsers hun snelheid verhogen, of impulsmoment, wanneer ze hun armen naar binnen trekken. De relatief lage rotatiesnelheden die voor deze objecten zijn waargenomen, geven aan dat ze in staat waren om dit spin-upproces effectief te remmen, misschien door een deel van dit impulsmoment terug te brengen naar omringende gasschijven. De onderzoekers plannen toekomstige studies van spinsnelheden om de zaak verder te onderzoeken.

"De spinsnelheden van planetaire massalichamen buiten ons zonnestelsel zijn niet volledig onderzocht, " zegt Bryan. "We beginnen dit nu pas te gebruiken als een hulpmiddel om de vormingsgeschiedenissen van planetaire massa-objecten te begrijpen."