Att ta en bild av en exoplanet – en planet i ett solsystem bortom vår sol – är ingen lätt uppgift. Ljuset från en planets moderstjärna överträffar långt ljuset från planeten själv, gör planeten svår att se. Även om det fortfarande inte går att ta en bild av en liten stenig planet som jorden, forskare har gjort framsteg genom att ta bilder av cirka 20 gigantiska planetliknande kroppar. Dessa föremål, känd som planetarisk massa följeslagare, är mer massiva än Jupiter, kretsar långt från bländningen av deras stjärnor, och är unga nog att fortfarande glöda av värme från sin formation – alla egenskaper som gör dem lättare att fotografera.

Men en stor fråga kvarstår:Är dessa planetariska följeslagare verkligen planeter, eller är det istället små "misslyckade" stjärnor som kallas bruna dvärgar? Bruna dvärgar bildas som stjärnor gör – av kollapsande gasmoln – men de saknar massan för att antändas och lysa med stjärnljus. De kan hittas flytande på egen hand i rymden, eller så kan de hittas i omloppsbana med andra bruna dvärgar eller stjärnor. De minsta bruna dvärgarna är lika stora som Jupiter och skulle se ut precis som en planet när de kretsar runt en stjärna.

Forskare vid Caltech har tagit ett nytt tillvägagångssätt till mysteriet:de har mätt spinnhastigheterna för tre av de fotograferade planetarisk massa följeslagare och jämfört dem med spinnhastigheter för små bruna dvärgar. Resultaten ger en ny uppsättning ledtrådar som antyder hur följeslagarna kan ha bildats.

"Dessa följeslagare med sina höga massor och breda separationer kunde ha bildats antingen som planeter eller bruna dvärgar, " säger doktorand Marta Bryan (MS '14), huvudförfattare till en ny studie som beskriver resultaten i tidskriften Natur Astronomi . "I den här studien, vi ville belysa deras ursprung."

"Dessa nya spinnmätningar tyder på att om dessa kroppar är massiva planeter som ligger långt borta från sina stjärnor, de har egenskaper som är mycket lika dem hos de minsta bruna dvärgarna, säger Heather Knutson, professor i planetvetenskap vid Caltech och medförfattare till tidningen.

Astronomerna använde W. M. Keck -observatoriet på Hawaii - som hanteras av Caltech, University of California, och NASA — för att mäta spinnhastigheten, eller längden på en dag, av tre planetariska följeslagare kända som ROXs 42B b, GSC 6214-210 b, och VHS 1256-1257 b. De använde ett instrument på Keck som kallades Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) för att dissekera ljuset från följeslagarna. När föremålen snurrar på sina yxor, ljuset från sidan som vänder sig mot oss skiftar till kortare, blåare våglängder, medan ljuset från den avtagande sidan skiftar till längre, rödare våglängder. Graden av denna växling indikerar hastigheten hos en roterande kropp. Resultaten visade att de tre följeslagarnas spinnhastigheter varierade mellan 6 och 14 kilometer per sekund, liknande rotationshastigheterna för vårt solsystems gasjätteplaneter Saturnus och Jupiter.

För studien, forskarna inkluderade också de två planetariska följeslagare för vilka spinnhastigheter redan hade mätts. Ett, β Pictoris b, har en rotationshastighet på 25 kilometer per sekund – den snabbaste rotationshastigheten av någon planetkropp med massa som hittills uppmätts.

Forskarna jämförde spinnhastigheterna för de fem följeslagarna med de som tidigare uppmätts för små fritt flytande bruna dvärgar. Rotationsintervallen för de två populationerna var oskiljbara. Med andra ord, följeslagarna virvlar runt sina egna axlar i ungefär samma hastigheter som deras fritt flytande brun-dvärg-motsvarigheter.

Resultaten tyder på två möjligheter. Det ena är att planetmassakamraterna faktiskt är bruna dvärgar. Den andra möjligheten är att följeslagarna som tittade på i denna studie är planeter som bildades, precis som planeter gör, ur skivor av material som virvlar runt deras stjärnor, men av skäl som ännu inte är förstått, föremålen slutade med snurrhastigheter liknande bruna dvärgars. Vissa forskare tror att både nybildade planeter och bruna dvärgar är omgivna av miniatyrgasskivor som kan hjälpa till att bromsa deras rotationshastighet. Med andra ord, liknande fysiska processer kan lämna planeter och bruna dvärgar med liknande snurrhastigheter.

"Det är en fråga om natur kontra vård, " säger Knutson. "Blev planetariska följeslagare födda som bruna dvärgar, eller har de bara betett sig som dem med liknande snurr?"

Teamet säger också att följeslagarna snurrar långsammare än väntat. Växande planeter tenderar att snurras upp av materialet de drar in från en omgivande gasskiva, på samma sätt som snurrande skridskoåkare ökar sin hastighet, eller rörelsemängd, när de drar in armarna. De relativt långsamma rotationshastigheterna som observerats för dessa föremål tyder på att de effektivt kunde bromsa denna spin-up-process, kanske genom att överföra en del av detta vinkelmoment tillbaka till omslutande gasskivor. Forskarna planerar framtida studier av spinhastigheter för att ytterligare undersöka saken.

"Snurrhastigheter för planetariska kroppar utanför vårt solsystem har inte utforskats fullt ut, " säger Bryan. "Vi har just nu börjat använda detta som ett verktyg för att förstå bildningshistorier för objekt med planetmassa."