該團(tuán)隊(duì)使用夏威夷的地基望遠(yuǎn)鏡(莫納基亞的WM凱克天文臺(tái)和斯巴魯望遠(yuǎn)鏡)進(jìn)行直接成像，研究了這些微弱的同伴在27個(gè)系統(tǒng)中圍繞恒星運(yùn)行的軌道。這些數(shù)據(jù)與軌道建模相結(jié)合，使他們能夠確定這些系統(tǒng)中的褐矮星形成為恒星，而氣體巨人形成為行星。

這項(xiàng)研究發(fā)表在最新一期的《天文雜志》上。

在過去的二十年中，技術(shù)的飛躍使望遠(yuǎn)鏡能夠?qū)⒐饩€從母星和軌道較暗的物體中分離出來。在1995年，這項(xiàng)新功能首次產(chǎn)生了一個(gè)棕色矮星繞恒星運(yùn)行的直接影像。在2008年首次出現(xiàn)了繞著另一顆恒星運(yùn)行的行星的直接圖像。

鮑勒談到直接成像能力時(shí)說：“在過去的20年中，我們的質(zhì)量一直在飛躍下降。”他指出，目前的極限約為1個(gè)木星質(zhì)量。隨著技術(shù)的進(jìn)步，“出現(xiàn)的主要問題之一是'我們發(fā)現(xiàn)的同伴的本質(zhì)是什么?”

天文學(xué)家定義的棕矮星的質(zhì)量在13至75木星質(zhì)量之間。它們?cè)谛行呛秃阈巧隙加泄餐奶卣鳎U勒和他的團(tuán)隊(duì)想解決這個(gè)問題：行星系統(tǒng)外緣上的天然氣巨行星是行星冰山的一角，還是褐矮星的低質(zhì)量末端? ?過去的研究表明，圍繞矮矮星運(yùn)行的恒星很可能像低質(zhì)量恒星一樣形成，但目前尚不清楚這種形成機(jī)制能產(chǎn)生的最低質(zhì)量伴星是什么。

鮑勒說：“實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是研究系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)-觀察軌道。”今天，它們的軌道是解鎖其進(jìn)化的關(guān)鍵。

鮑勒的團(tuán)隊(duì)使用凱克天文臺(tái)的自適應(yīng)光學(xué)(AO)系統(tǒng)，近紅外攝像機(jī)，凱克II望遠(yuǎn)鏡的第二代(NIRC2)儀器以及斯巴魯望遠(yuǎn)鏡，在他們繞著父行星運(yùn)行時(shí)拍攝了巨型行星和棕矮星的圖像。星。

這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。他們研究的天然氣巨人和褐矮星與它們的母恒星相距甚遠(yuǎn)，以至于一個(gè)軌道可能需要數(shù)百年的時(shí)間。鮑勒說，要確定哪怕一小部分的軌道，“你要拍攝一張照片，你要等一年”，讓昏暗的同伴稍微走一下。然后，“您拍攝另一張圖片，您再等一年。”這項(xiàng)研究依賴于AO技術(shù)，該技術(shù)可使天文學(xué)家校正由地球大氣層引起的畸變。在過去的三十年中，隨著AO儀器的不斷改進(jìn)，更多的褐矮星和巨型行星被直接成像。但是，由于這些發(fā)現(xiàn)大部分是在過去一兩年內(nèi)完成的，因此該團(tuán)隊(duì)僅擁有相當(dāng)于每個(gè)物體總軌道百分之幾的圖像。他們將對(duì)27個(gè)系統(tǒng)的新觀測(cè)結(jié)果與其他天文學(xué)家發(fā)表的所有先前觀測(cè)結(jié)果結(jié)合在一起，或者將其用于望遠(yuǎn)鏡檔案中。

至此，計(jì)算機(jī)建模就開始了。本文的合著者已經(jīng)幫助創(chuàng)建了一個(gè)稱為“ Orbitize!”的適合軌道的代碼。它使用開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律來確定哪些類型的軌道與所測(cè)量的位置一致，哪些與所測(cè)量的位置不一致。

該代碼為每個(gè)伴星生成一組可能的軌道。每個(gè)巨型行星或褐色矮星的輕微運(yùn)動(dòng)都會(huì)形成可能的軌道的“云”。云層越小，天文學(xué)家越接近同伴的真實(shí)軌道。而且，更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)(即，每個(gè)物體繞軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)更直接的圖像)將完善軌道的形狀。

斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員埃里克·尼爾森說：“我們不需要等待數(shù)十或幾個(gè)世紀(jì)的時(shí)間來完成一個(gè)行星的軌道，而是可以通過非常精確的位置測(cè)量來彌補(bǔ)我們數(shù)據(jù)較短的基線時(shí)間。”“我們專門為適應(yīng)部分軌道而開發(fā)的Orbitize!的一部分，OFTI(不耐煩的軌道)使我們甚至可以找到最長(zhǎng)的同伴軌道。”

找到軌道的形狀是關(guān)鍵：具有更多圓形軌道的物體可能像行星一樣形成。就是說，當(dāng)一團(tuán)氣體和塵埃塌陷形成恒星時(shí)，遙遠(yuǎn)的伴侶(和其他行星)由圍繞著該恒星旋轉(zhuǎn)的扁平化氣體和塵埃盤形成。