該團隊使用夏威夷的地基望遠鏡(莫納基亞的WM凱克天文臺和斯巴魯望遠鏡)進行直接成像，研究了這些微弱的同伴在27個系統(tǒng)中圍繞恒星運行的軌道。這些數(shù)據(jù)與軌道建模相結合，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，技術的飛躍使望遠鏡能夠將光線從母星和軌道較暗的物體中分離出來。在1995年，這項新功能首次產(chǎn)生了一個棕色矮星繞恒星運行的直接影像。在2008年首次出現(xiàn)了繞著另一顆恒星運行的行星的直接圖像。

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

天文學家定義的棕矮星的質量在13至75木星質量之間。它們在行星和恒星上都有共同的特征，鮑勒和他的團隊想解決這個問題：行星系統(tǒng)外緣上的天然氣巨行星是行星冰山的一角，還是褐矮星的低質量末端? ?過去的研究表明，圍繞矮矮星運行的恒星很可能像低質量恒星一樣形成，但目前尚不清楚這種形成機制能產(chǎn)生的最低質量伴星是什么。

鮑勒說：“實現(xiàn)這一目標的一種方法是研究系統(tǒng)的動力學-觀察軌道。”今天，它們的軌道是解鎖其進化的關鍵。

鮑勒的團隊使用凱克天文臺的自適應光學(AO)系統(tǒng)，近紅外攝像機，凱克II望遠鏡的第二代(NIRC2)儀器以及斯巴魯望遠鏡，在他們繞著父行星運行時拍攝了巨型行星和棕矮星的圖像。星。

這是一個漫長的過程。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，以至于一個軌道可能需要數(shù)百年的時間。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。”這項研究依賴于AO技術，該技術可使天文學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，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完成的，因此該團隊僅擁有相當于每個物體總軌道百分之幾的圖像。他們將對27個系統(tǒng)的新觀測結果與其他天文學家發(fā)表的所有先前觀測結果結合在一起，或者將其用于望遠鏡檔案中。

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

該代碼為每個伴星生成一組可能的軌道。每個巨型行星或褐色矮星的輕微運動都會形成可能的軌道的“云”。云層越小，天文學家越接近同伴的真實軌道。而且，更多的數(shù)據(jù)點(即，每個物體繞軌道運動時更直接的圖像)將完善軌道的形狀。

斯坦福大學的團隊成員埃里克·尼爾森說：“我們不需要等待數(shù)十或幾個世紀的時間來完成一個行星的軌道，而是可以通過非常精確的位置測量來彌補我們數(shù)據(jù)較短的基線時間。”“我們專門為適應部分軌道而開發(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的同伴軌道。”

找到軌道的形狀是關鍵：具有更多圓形軌道的物體可能像行星一樣形成。就是說，當一團氣體和塵埃塌陷形成恒星時，遙遠的伴侶(和其他行星)由圍繞著該恒星旋轉的扁平化氣體和塵埃盤形成。