행성은 별빛을 가리지 않았다. 다시 오지 않을 밝아짐에 두 번 선을 그었다.

2023년 4월 16일, 별 하나의 밝기 곡선이 뾰족하게 꺾였다. 여드레 뒤인 4월 24일 두 번째 봉우리가 솟았다. 행성이 별 앞을 지나 빛을 줄인 장면이 아니었다. 앞쪽 별과 그 행성이 더 먼 별빛을 휘어 키우는 한 번의 microlensing 사건 안에서, TESS는 두 caustic crossing의 자국을 200초 간격 자료로 남겼다.

그때 TESS는 발견 경보를 울리지 않았다. ESA의 Gaia가 같은 별의 밝아짐을 4월 27일 식별해 5월 5일 공식 alert를 냈고, 연구팀은 나중에 TESS 보관 자료를 돌아봤다. TESS는 이미 3월 10일부터 5월 4일까지 Sectors 63과 64에서 그 하늘을 보고 있었다. 한 사건이 지나간 뒤에야 두 관측 시계가 같은 대상을 기록했다는 사실이 이어졌다.

반전은 망원경이 기다리던 동사에 있다. TESS의 주된 행성 탐색법인 transit은 행성이 별 앞을 주기적으로 지나며 빛을 줄이는 반복을 찾는다. Gaia23bra b는 약 4만 광년 밖에서 한 번 밝아진 곡선의 짧은 굴곡으로 나타났다. NASA가 제시한 TESS의 통상적인 transit 탐색 반경 약 150광년과 비교하면, 망원경은 익숙한 이웃을 찾던 방식과 정반대의 신호로 훨씬 먼 행성계를 만난 셈이다.

Microlensing은 별이 실제로 더 뜨거워지거나 행성이 빛을 내는 사건이 아니다. 우리 시선에서 앞쪽 질량이 뒤쪽 별빛의 경로를 휘어 잠시 확대할 때 관측 밝기가 오른다. 앞쪽 별에 행성이 붙어 있으면 렌즈의 확대 무늬에 꺾임이 생기고, 배경 별이 그 caustic이라는 경계를 건널 때 광도곡선에 짧고 가파른 구조가 남는다.

한 번의 정렬은 같은 모습으로 되풀이되지 않는다. Gaia는 2014년부터 이어진 긴 baseline과 정확한 위치를 갖고 있었지만 사건 순간의 관측 간격이 성긴 편이었다. TESS는 200초 cadence로 두 봉우리를 촘촘히 기록했지만, 사건이 Sector 63보다 먼저 시작돼 평상시 밝기를 보여 주는 명확한 baseline이 없었다. 긴 시계는 사건의 앞뒤를 붙들고, 빠른 시계는 가운데의 짧은 금을 붙들었다.

두 시계를 겹치는 일은 파일 두 개를 포개는 것보다 복잡했다. TESS의 한 pixel은 약 21 arcseconds로 주변 여러 별빛을 함께 담는다. 연구팀은 difference imaging으로 변하는 빛을 뽑고, 별도의 기준 이미지를 쓴 Sectors 63과 64의 flux scale을 이어 붙였다. 독자가 보는 광도곡선은 무가공 센서 한 장이 아니라 위치 대조, 배경 제거와 sector stitching을 거친 측정이다.

Gaia 자료만으로는 행성의 짧은 구조를 분리하기 어려웠고, TESS만으로는 전체 사건의 바닥과 긴 시간척도를 고정하기 어려웠다. 연구팀은 두 자료를 함께 맞춘 binary-lens 모형에서 렌즈 별을 태양 질량의 0.79배(+0.19/-0.17), 행성을 목성 질량의 1.63배(+0.42/-0.38)로 추정했다. 약 4.8 AU는 둘 사이의 최소 투영 분리이며, 직접 본 궤도의 장반경이 아니다.

논문은 Gaia23bra b를 TESS가 검출한 첫 중력적으로 결합된 microlensing 행성으로 보고한다. 그러나 ‘첫’은 TESS가 이 사건을 독립적으로 실시간 발견했다는 뜻이 아니다. Gaia의 alert가 대상을 가리켰고 TESS archive의 빠른 시간표가 행성 특징을 드러냈다. 더구나 측정 가능한 parallax가 없어 렌즈 질량과 거리는 여전히 model-dependent다. 첫 발견의 문은 닫혔지만 절대 물리량의 문은 열려 있다.

여기에 걸린 것은 TESS가 갑자기 모든 종류의 먼 행성을 찾는 망원경으로 바뀌었다는 선언이 아니다. 27일짜리 sector, 큰 pixel, 높은 배경은 긴 microlensing 사건의 시작과 끝을 잘라 낼 수 있다. 이번처럼 짧고 대비가 큰 구조가 관측창 안에 들어오고, Gaia 같은 긴 baseline과 정확한 위치가 곁에 있어야 신호의 주인을 찾을 수 있다.

대신 보관 자료가 끝난 관측이 아니라 아직 바뀔 수 있는 질문이라는 점은 남는다. 다른 Gaia alert의 시간과 TESS가 본 하늘을 교차하면 transit 검색이 지나친 한 번뿐인 사건을 다시 찾을 수 있다. 다만 blending과 stitching을 달리해도 구조가 버티는지, source 위치가 맞는지, 행성 없는 모형이나 변광성이 같은 곡선을 설명하지 않는지를 통과해야 후보가 된다.

제목의 두 선은 행성이 두 번 지나간 자국이 아니라 하나의 비반복 사건 안에 남은 두 caustic crossing이다. 사건은 돌아오지 않지만 200초마다 쌓인 기록은 다시 읽을 수 있다. 지금 달라진 것은 망원경에 새 센서가 생긴 일이 아니라, 어두워짐만 묻던 archive에 밝아짐의 모양을 묻자 이미 지나간 두 봉우리가 행성계의 증거가 됐다는 점이다.