天文学家们长期以来怀疑行星的质量和自转速度之间存在联系。在我们自己的太阳系中，木星和土星提供了引人注目的示例。尽管它们体积庞大，但两者都在大约10小时内完成一整圈自转，占太阳系总自转能量的很大一部分。为了测试这种关系是否超出了我们的宇宙邻域，研究人员使用位于夏威夷毛纳基亚的W. M. 凯克天文台对一大批遥远巨型世界进行了研究。他们的调查包括在其他恒星系统中发现的32颗气体巨行星和褐矮星伴星，其中包括6颗比木星更大的行星和25颗褐矮星伴星。观测结果揭示了一个引人注目的趋势。当考虑质量、大小和年龄等因素时，巨型气体行星往往比质量更大的褐矮星自转更快。为了加强分析，研究人员还整合了来自其他研究的先前自转测量数据，创建了一个精心选择的数据集，其中包括43颗恒星/亚恒星伴星和巨行星，以及54颗自由漂浮的褐矮星和行星质量天体。该国际团队由西北大学天体物理学交叉探索与研究中心（CIERA）的科学家领导。合作伙伴包括加州大学圣地亚哥分校的天体物理与空间科学中心（CASS）、加州理工学院地质与行星科学系（GPS）、W. M. 凯克天文台、斯图尔特天文台、詹姆斯·C·怀恩特光科学学院、NASA喷气推进实验室以及其他几家机构。他们的研究成果发表在《天文学杂志》上。测量遥远世界的自转 许多研究的行星以数十到数百个天文单位（AU）的距离绕恒星运行，AU是地球与太阳之间的距离。科学家们仍在努力确定这些遥远世界是如何形成的。有些可能是在围绕年轻恒星的气体和尘埃盘中逐渐形成的，而另一些可能是通过一种更类似于形成恒星自身的坍缩过程形成的。为了调查，研究人员使用了凯克行星成像器和表征器（KPIC），这是一种专门的仪器，能够隔离来自这些遥远世界的直接光线。随着行星的自转，其大气中的特征导致其光谱的微妙展宽。通过测量这些变化，天文学家可以确定物体旋转的速度。主作者Dino Chih-Chun Hsu，CIERA的研究人员，在W. M. 凯克天文台的新闻稿中解释了这些测量的意义：“自转是行星形成过程的化石记录。通过测量这些世界自转的速度，我们可以开始拼凑塑造它们的物理过程，大约在数千万到数亿年前。通过KPIC，我们可以检测到这些微小信号，揭示行星围绕其他附近恒星的自转。我们的结果表明，行星的质量以及行星质量与其恒星质量之间的比率影响着行星的自转速度。这帮助我们缩小了这些系统形成的物理机制。” 一个巨大行星的自转速度超过了一个更大的邻居 HR 8799系统中，一个清晰的例子是一颗质量约为木星7倍的气体巨行星，其自转速度是质量约为木星24倍的褐矮星的六倍。研究人员认为，二者之间的差异可能与早期物体历史中的磁相互作用有关。更强的磁场可以与周围的行星盘更加强烈地相互作用，从而随着时间的推移减缓自转。在这种情况下，质量更大的褐矮星可能因为其更强的磁场而失去了更多原始自转。研究结果正在帮助科学家们更好地理解遥远的行星系统以及我们自己太阳系的起源。Hsu说道：“角动量在行星之间的分布方式影响着行星系统的整体结构。即使是地球的自转和磁场，最终也与太阳系形成时如何划分自转预算相连。KPIC是首个此类仪器，开启了一种全新的研究系外行星的方式。它让我们能够测量之前几乎不可能检测到的自转等特性。” 对流浪行星和系外行星大气的未来研究 该团队计划通过研究自由漂浮行星（FFPs，通常称为“流浪行星”）的自转来扩展这一工作。研究人员还希望调查这些世界大气的化学成分。未来的观测将受益于新技术，包括凯克天文台即将推出的HISPEC（用于系外行星特征化的高分辨率红外光谱仪），该项目计划于2027年开始运营。根据Hsu的说法，新仪器将使研究更小更遥远的世界成为可能。