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 We present the first on-sky segmented primary mirror closed-loop piston control using a Zernike wavefront sensor (ZWFS) installed on the Keck II telescope. Segment cophasing errors are a primary contributor to contrast limits on Keck and will be necessary to correct for the next generation of space missions and ground-based extremely large telescopes, which will all have segmented primary mirrors. The goal of the ZWFS installed on Keck is to monitor and correct primary mirror cophasing errors in parallel with science observations. The ZWFS is ideal for measuring phase discontinuities such as segment cophasing errors and is one of the most sensitive WFSs, but has limited dynamic range. The vector-ZWFS at Keck works on the adaptive-optics-corrected wavefront and consists of a metasurface focal plane mask that imposes two different phase shifts on the core of the point-spread function to two orthogonal light polarizations, producing two pupil images. This design extends the dynamic range compared with the scalar ZWFS. The primary mirror segment pistons were controlled in closed loop using the ZWFS, improving the Strehl ratio on the NIRC2 science camera by up to 10 percentage points. We analyze the performance of the closed-loop tests, the impact on NIRC2 science data, and discuss the ZWFS measurements.

Abstract We present the projected rotational velocity and molecular abundances for HD 33632 Ab obtained via Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) high-resolution spectroscopy. HD 33632 Ab is a nearby benchmark brown dwarf companion at a separation of ∼20 au that straddles the L–T transition. Using a forward-modeling framework with on-axis host star spectra, which provides self-consistent substellar atmospheric and retrieval models for HD 33632 Ab, we derive a projected rotational velocity of 53 ± 3 km s −1 and carbon monoxide and water mass fractions of logCO = −2.3 ± 0.3 and logH 2 O = −2.7 ± 0.2, respectively. The inferred carbon-to-oxygen ratio (C/O = 0.58 ± 0.14), molecular abundances, and metallicity ([C/H] = 0.0 ± 0.2 dex) of HD 33632 Ab are consistent with its host star. Although detectable methane opacities are expected in L–T transition objects, we did not recover methane in our KPIC spectra, partly due to the high v sin i and to disequilibrium chemistry at the pressures to which we are sensitive. We parameterize the spin as the ratio of rotation to the breakup velocity, and compare HD 33632 Ab to a compilation of >200 very low-mass objects ( M ≲ 0.1 M ⊙ ) that have spin measurements in the literature. There appears to be no clear trend for the isolated low-mass field objects versus mass, but a tentative trend is identified for low-mass companions and directly imaged exoplanets, similar to previous findings. A larger sample of close-in gas giant exoplanets and brown dwarfs will critically examine our understanding of their formation and evolution through rotation and chemical abundance measurements.