Abstract Using Keck Planet Imager and Characterizer high-resolution ( R ∼ 35,000) spectroscopy from 2.29 to 2.49 μ m, we present uniform atmospheric retrievals for eight young substellar companions with masses of ∼10–30 M Jup , orbital separations spanning ∼50–360 au, and T eff between ∼1500 and 2600 K. We find that all companions have solar C/O ratios and metallicities to within the 1 σ –2 σ level, with the measurements clustered around solar composition. Stars in the same stellar associations as our systems have near-solar abundances, so these results indicate that this population of companions is consistent with formation via direct gravitational collapse. Alternatively, core accretion outside the CO snowline would be compatible with our measurements, though the high mass ratios of most systems would require rapid core assembly and gas accretion in massive disks. On a population level, our findings can be contrasted with abundance measurements for directly imaged planets with m < 10 M Jup , which show tentative atmospheric metal enrichment compared to their host stars. In addition, the atmospheric compositions of our sample of companions are distinct from those of hot Jupiters, which most likely form via core accretion. For two companions with T eff ∼ 1700–2000 K ( κ And b and GSC 6214–210 b), our best-fit models prefer a nongray cloud model with >3 σ significance. The cloudy models yield 2 σ −3 σ lower T eff for these companions, though the C/O and [C/H] still agree between cloudy and clear models at the 1 σ level. Finally, we constrain 12 CO/ 13 CO for three companions with the highest signal-to-noise ratio data (GQ Lup b, HIP 79098b, and DH Tau b) and report v sin i and radial velocities for all companions.

Abstract The JWST NIRSpec integral field unit (IFU) presents a unique opportunity to observe directly imaged exoplanets from 3 to 5 μ m at moderate spectral resolution ( R ∼ 2700) and thereby better constrain the composition, disequilibrium chemistry, and cloud properties of their atmospheres. In this work, we present the first NIRSpec IFU high-contrast observations of a substellar companion that requires starlight suppression techniques. We develop specific data-reduction strategies to study faint companions around bright stars and assess the performance of NIRSpec at high contrast. First, we demonstrate an approach to forward model the companion signal and the starlight directly in the detector images, which mitigates the effects of NIRSpec’s spatial undersampling. We demonstrate a sensitivity to planets that are 3 × 10 −6 fainter than their stars at 1″, or 3 × 10 −5 at 0.″3. Then, we implement a reference star point-spread function subtraction and a spectral extraction that does not require spatially and spectrally regularly sampled spectral cubes. This allows us to extract a moderate resolution ( R ∼ 2,700) spectrum of the faint T dwarf companion HD 19467 B from 2.9 to 5.2 μ m with a signal-to-noise ratio of ∼10 per resolution element. Across this wavelength range, HD 19467 B has a flux ratio varying between 10 −5 and 10 −4 and a separation relative to its star of 1.″6. A companion paper by Hoch et al. more deeply analyzes the atmospheric properties of this companion based on the extracted spectrum. Using the methods developed here, NIRSpec’s sensitivity may enable direct detection and spectral characterization of relatively old (∼1 Gyr), cool (∼250 K), and closely separated (∼3–5 au) exoplanets that are less massive than Jupiter.