The Gemini Planet Imager is a dedicated facility for directly imaging and spectroscopically characterizing extrasolar planets. It combines a very high-order adaptive optics system, a diffraction-suppressing coronagraph, and an integral field spectrograph with low spectral resolution but high spatial resolution. Every aspect of the Gemini Planet Imager has been tuned for maximum sensitivity to faint planets near bright stars. During first-light observations, we achieved an estimated H band Strehl ratio of 0.89 and a 5-σ contrast of 10(6) at 0.75 arcseconds and 10(5) at 0.35 arcseconds. Observations of Beta Pictoris clearly detect the planet, Beta Pictoris b, in a single 60-s exposure with minimal postprocessing. Beta Pictoris b is observed at a separation of 434 ± 6 milliarcseconds (mas) and position angle 211.8 ± 0.5°. Fitting the Keplerian orbit of Beta Pic b using the new position together with previous astrometry gives a factor of 3 improvement in most parameters over previous solutions. The planet orbits at a semimajor axis of [Formula: see text] near the 3:2 resonance with the previously known 6-AU asteroidal belt and is aligned with the inner warped disk. The observations give a 4% probability of a transit of the planet in late 2017.

BANYAN $\Sigma$ is a new Bayesian algorithm to identify members of young stellar associations within 150 pc of the Sun. It includes 27 young associations with ages in the range ~1-800 Myr, modelled with multivariate Gaussians in 6-dimensional XYZUVW space. It is the first such multi-association classification tool to include the nearest sub-groups of the Sco-Cen OB star-forming region, the IC 2602, IC 2391, Pleiades and Platais 8 clusters, and the $\rho$ Ophiuchi, Corona Australis, and Taurus star-formation regions. A model of field stars is built from a mixture of multivariate Gaussians based on the Besan\c{c}on Galactic model. The algorithm can derive membership probabilities for objects with only sky coordinates and proper motion, but can also include parallax and radial velocity measurements, as well as spectrophotometric distance constraints from sequences in color-magnitude or spectral type-magnitude diagrams. BANYAN $\Sigma$ benefits from an analytical solution to the Bayesian marginalization integrals that makes it more accurate and significantly faster than its predecessor BANYAN II. A contamination versus hit rate analysis is presented and demonstrates that BANYAN $\Sigma$ achieves a better classification performance than other moving group classification tools, especially in terms of cross-contamination between young associations. An updated list of bona fide members in the 27 young associations, augmented by the Gaia-DR1 release, are presented. This new tool will make it possible to analyze large data sets such as the upcoming Gaia-DR2 to identify new young stars. IDL and Python versions of BANYAN $\Sigma$ are made available with this publication. (shortened)

We describe a new method to achieve point-spread function (PSF) subtractions for high-contrast imaging using principal component analysis that is applicable to both point sources or extended objects (disks). Assuming a library of reference PSFs, a Karhunen–Loève transform of these references is used to create an orthogonal basis of eigenimages on which the science target is projected. For detection this approach provides comparable suppression to the Locally Optimized Combination of Images (LOCI) algorithm, albeit with increased robustness to the algorithm parameters and speed enhancement. For characterization of detected sources, the method enables forward modeling of astrophysical sources. This alleviates the biases in the astrometry and photometry of discovered faint sources, which are usually associated with LOCI-based PSF subtractions schemes. We illustrate the algorithm performance using archival Hubble Space Telescope images, but the approach may also be considered for ground-based data acquired with angular differential imaging or integral-field spectrographs.

In this paper, we review the impact of small sample statistics on detection thresholds and corresponding confidence levels (CLs) in high contrast imaging at small angles. When looking close to the star, the number of resolution elements decreases rapidly towards small angles. This reduction of the number of degrees of freedom dramatically affects CLs and false alarm probabilities. Naively using the same ideal hypothesis and methods as for larger separations, which are well understood and commonly assume Gaussian noise, can yield up to one order of magnitude error in contrast estimations at fixed CL. The statistical penalty exponentially increases towards very small inner working angles. Even at 5-10 resolution elements from the star, false alarm probabilities can be significantly higher than expected. Here we present a rigorous statistical analysis which ensures robustness of the CL, but also imposes a substantial limitation on corresponding achievable detection limits (thus contrast) at small angles. This unavoidable fundamental statistical effect has a significant impact on current coronagraphic and future high contrast imagers. Finally, the paper concludes with practical recommendations to account for small number statistics when computing the sensitivity to companions at small angles and when exploiting the results of direct imaging planet surveys.

An exoplanet extracted from the bright Direct imaging of Jupiter-like exoplanets around young stars provides a glimpse into how our solar system formed. The brightness of young stars requires the use of next-generation devices such as the Gemini Planet Imager (GPI). Using the GPI, Macintosh et al. discovered a Jupiter-like planet orbiting a young star, 51 Eridani (see the Perspective by Mawet). The planet, 51 Eri b, has a methane signature and is probably the smallest exoplanet that has been directly imaged. These findings open the door to understanding solar system origins and herald the dawn of a new era in next-generation planetary imaging. Science , this issue p. 64 ; see also p. 39

Context. The study of dynamical processes in protoplanetary disks is essential to understand planet formation. In this context, transition disks are prime targets because they are at an advanced stage of disk clearing and may harbor direct signatures of disk evolution.

We present the highest fidelity spectrum to date of a planetary-mass object. VHS 1256 b is a $<$20 M$_\mathrm{Jup}$ widely separated ($\sim$8\arcsec, a = 150 au), young, planetary-mass companion that shares photometric colors and spectroscopic features with the directly imaged exoplanets HR 8799 c, d, and e. As an L-to-T transition object, VHS 1256 b exists along the region of the color-magnitude diagram where substellar atmospheres transition from cloudy to clear. We observed VHS 1256~b with \textit{JWST}'s NIRSpec IFU and MIRI MRS modes for coverage from 1 $\mu$m to 20 $\mu$m at resolutions of $\sim$1,000 - 3,700. Water, methane, carbon monoxide, carbon dioxide, sodium, and potassium are observed in several portions of the \textit{JWST} spectrum based on comparisons from template brown dwarf spectra, molecular opacities, and atmospheric models. The spectral shape of VHS 1256 b is influenced by disequilibrium chemistry and clouds. We directly detect silicate clouds, the first such detection reported for a planetary-mass companion.

Precise mass constraints are vital for the characterisation of brown dwarfs and exoplanets. Here we present how the combination of data obtained by Gaia and GRAVITY can help enlarge the sample of substellar companions with measured dynamical masses. We show how the Non-Single-Star (NSS) two-body orbit catalogue contained in Gaia DR3 can be used to inform high-angular-resolution follow-up observations with GRAVITY. Applying the method presented in this work to eight Gaia candidate systems, we detect all eight predicted companions, seven of which were previously unknown and five are of a substellar nature. Among the sample is Gaia DR3 2728129004119806464 B, which -- detected at an angular separation of mas from the host -- is the closest substellar companion ever imaged. In combination with the system's distance and the orbital elements, this translates to a semi-major axis of AU . WT 766 B, detected at a greater angular separation, was confirmed to be on an orbit exhibiting an even smaller semi-major axis of AU . The GRAVITY data were then used to break the host-companion mass degeneracy inherent to the Gaia NSS orbit solutions as well as to constrain the orbital solutions of the respective target systems. Knowledge of the companion masses enabled us to further characterise them in terms of their ages, effective temperatures, and radii via the application of evolutionary models. The inferred ages exhibit a distinct bias towards values younger than what is to be expected based on the literature. The results serve as an independent validation of the orbital solutions published in the NSS two-body orbit catalogue and show that the combination of astrometric survey missions and high-angular-resolution direct imaging holds great promise for efficiently increasing the sample of directly imaged companions in the future, especially in the light of Gaia 's upcoming DR4 and the advent of GRAVITY+.

Abstract We present the first JWST/NIRCam observations of the directly imaged gas giant exoplanet β Pic b. Observations in six filters using NIRCam's round coronagraphic masks provide a high-signal-to-noise-ratio detection of β Pic b and the archetypal debris disk around β Pic over a wavelength range of ∼1.7–5 μ m. This paper focuses on the detection of β Pic b and other potential point sources in the NIRCam data, following a paper by Rebollido et al. that presented the NIRCam and MIRI view of the debris disk around β Pic. We develop and validate approaches to obtaining accurate photometry of planets in the presence of bright, complex circumstellar backgrounds. By simultaneously fitting the planet’s point-spread function and a geometric model for the disk, we obtain planet photometry that is in good agreement with previous measurements from the ground. The NIRCam data support the cloudy nature of β Pic b’s atmosphere and the discrepancy between its mass as inferred from evolutionary models and the dynamical mass reported in the literature. We further identify five additional localized sources in the data, but all of them are found to be background stars or galaxies based on their color or spatial extent. We can rule out additional planets in the disk midplane above 1 M Jup outward of 2″ (∼40 au) and away from the disk midplane above 0.05 M Jup outward of 4″ (∼80 au). The inner giant planet β Pic c remains undetected behind the coronagraphic masks of NIRCam in our observations.

The Nancy Grace Roman Space Telescope's Coronagraph Instrument will for the first time demonstrate active wavefront sensing and control for a space-based coronagraph, and may image the first planet in reflected light. The Community Participation Program has been initiated to engage members of the broader scientific community in the preparation for its planned launch in late 2026/early 2027. Here we will present the on-going work of the Data Reduction and Simulations working group, one of the four working groups within the Community Participation Program. The working group is charged with the development of the data reduction and postprocessing pipeline for the on-sky data and the development of a simulation suite to aid in the preparation and planning of Roman Coronagraph observations.