天文學家長期以來一直懷疑，行星的質量與其自轉速度之間存在關聯。在我們自己的太陽系中，木星和土星就提供了顯著的例子。儘管它們體積龐大，但兩者都在大約10小時內完成一次完整自轉，並佔據了太陽系總旋轉能量的很大一部分。
為了驗證這種關係是否延伸到我們太陽系之外，研究人員利用夏威夷茂納凱亞的W. M. Keck天文望遠鏡，研究了大量遙遠的巨型行星。他們的調查包括了32顆位於其他恆星系統中的氣態巨行星和褐矮星伴星，其中有6顆行星比木星還大，25顆是褐矮星伴星。
觀測揭示了一個有趣的趨勢。當考慮到質量、大小和年齡等因素時，氣態巨行星的自轉速度往往比質量更大的褐矮星更快。為了加強分析，研究人員還納入了先前其他研究的自轉測量數據，創建了一個經過精心篩選的數據集，其中包括43個恆星/次恆星伴星和巨行星，以及54個自由漂浮的褐矮星和行星質量天體。
該國際團隊由西北大學跨學科探索與天體物理學研究中心（CIERA）的科學家領導。合作者包括加州大學聖地牙哥分校天體物理學與空間科學中心（CASS）、加州理工學院地質與行星科學部（GPS）、W. M. Keck天文望遠鏡、斯圖爾德天文望遠鏡、詹姆斯·C·懷恩特光學科學學院、NASA噴射推進實驗室以及其他幾家機構的研究人員。他們的研究成果發表在《天文學期刊》上。
測量遙遠世界的自轉
許多被檢測的行星繞其恆星運行的距離從數十到數百個天文單位（AU）不等，一個天文單位是地球與太陽之間的距離。科學家們仍在努力確定這些遙遠的世界是如何形成的。有些可能在年輕恆星周圍的氣體和塵埃盤中逐漸形成，而另一些則可能通過類似於恆星形成過程的坍塌過程形成。
為了進行調查，研究人員使用了Keck行星成像儀和特徵分析儀（KPIC），這是一種能夠分離來自這些遙遠世界直接光線的專門儀器。當行星自轉時，其大氣中的特徵會在光譜中引起細微的展寬。通過測量這些變化，天文學家可以確定物體的自轉速度。
首席作者、CIERA研究員Dino Chih-Chun Hsu在W. M. Keck天文望遠鏡的新聞稿中解釋了這些測量的重要性：
「自轉是行星形成方式的化石記錄。通過測量這些世界的自轉速度，我們可以開始拼湊出數千萬到數億年前塑造它們的物理過程。藉助KPIC，我們可以探測到這些微小的信號，揭示行星在其他附近恆星周圍的自轉情況。我們的結果表明，行星的質量以及行星質量與其恆星質量之間的比例，都會影響行星最終的自轉速度。這有助於我們縮小這些系統形成過程的物理範圍。」
一顆巨行星的自轉速度超過其質量大得多的鄰居
其中一個最清晰的例子來自HR 8799系統。在那裡，一顆質量約為木星7倍的氣態巨行星，其自轉速度比一顆質量約為木星24倍的褐矮星伴星快六倍。
研究人員認為，這種差異可能與這些天體早期歷史中的磁相互作用有關。更強的磁場可以更強烈地與周圍的行星盤相互作用，從而隨著時間推移減慢自轉。在本例中，質量更大的褐矮星可能因其更強的磁場而損失了更多的原始自轉。
這些發現不僅有助於科學家更好地理解遙遠的行星系統，還有助於理解我們太陽系的起源。Hsu說：
「角動量在行星之間的分佈方式影響著行星系統的整體結構。即使是地球的自轉和磁場，最終也與太陽系形成時自轉預算的分配方式有關。KPIC是同類儀器中的第一款，它開闢了一種研究系外行星的全新方式。它使我們能夠測量以前幾乎不可能探測到的自轉等屬性。」
對流浪行星和系外行星大氣的未來研究
該團隊計劃通過研究自由漂浮行星（FFP），即所謂的「流浪行星」的自轉，來擴展這項工作。研究人員還希望調查這些世界大氣層的化學成分。
未來的觀測將受益於新技術，包括Keck天文望遠鏡即將推出的HISPEC（用於系外行星特徵分析的高分辨率紅外光譜儀），預計將於2027年開始運行。據Hsu稱，新儀器將能夠研究比以往任何時候都更小、更遙遠的世界。
西北大學助理教授、該研究的合著者Jason Wang說：
「我們從KPIC學到的經驗，應用到了HISPEC上，它將具有更好的靈敏度、更高的光譜分辨率和更寬的波長覆蓋範圍。藉助HISPEC，我們將能夠極大地增加我們可以測量自轉的行星數量，特別是，我們可以研究與我們自己的木星在性質上更接近的行星，看看我們的木星是否具有代表性。」
研究人員認為，他們才剛剛開始揭示行星自轉可以揭示的內容。
Hsu說：「我們才剛剛開始探索行星自轉能告訴我們什麼。藉助未來的儀器和更大的望遠鏡，我們將能夠為更多世界測量自轉，並在整個行星系統中連接自轉、化學成分和形成歷史。」