Cualquiera de las formas que te recomiendan usar, te vendría bien, pues podrías asignar un array a la propiedad y luego ir añadiendo valores con el método 
push.    
Código Javascript
:
Ver original- var profesores = []; 
-   
- //PROFESOR JUAN 
- profesores["Juan"] = []; 
-   
- //ALUMNOS GABRIEL, LUISA Y MARIANO 
- profesores["Juan"].push("Gabriel"); //[Gabriel] 
- profesores["Juan"].push("Luisa"); //[Gabriel, Luisa] 
- profesores["Juan"].push("Mariano"); //[Gabriel, Luisa, Mariano] 
-   
- //PROFESOR LUIS 
- profesores["Luis"] = []; 
-   
- //ALUMNOS SERGIO, LORENA Y CECILIA 
- profesores["Luis"].push("Sergio"); //[Sergio] 
- profesores["Luis"].push("Lorena"); //[Sergio, Lorena] 
- profesores["Luis"].push("Cecilia"); //[Sergio, Lorena, Cecilia] 
Saludos