Gaia Data Release 1 Documentation release 0

7.4.3.1
Sky coverage and completeness
The tests presented in this section aim at the characterization of the object content of Gaia DR1:
1. search for duplicate or missing entries;
2. homogeneity of the sky distribution, detection of possible variations in di
fferent regions of the sky,
for di
fferent magnitude, colour or proper motion ranges;
3. small scale completeness of the catalogue for some selected samples and detection of possible vari-
ations as a function of magnitude or colour;
4. performance of visual binaries observation as an indication of the spatial resolving power of Gaia DR1,
tested versus separation and magnitude di
fference between components.
Overall sky coverage
The overall TGAS content is tested with respect to the Tycho-2 (Høg et al. 2000) and Hipparcos Catalogues
(Perryman et al. 1997; ESA 1997) : detection of possible duplicate entries and characterization of missing entries.
TGAS contains 79% of the Hipparcos and 81% of the Tycho-2 stars. The sky distribution of the Tycho-2 sources
not present in TGAS is presented in Figure 7.22, showing the impact of the Gaia scanning law (the number of
observations and the orientation of the scans being correlated with the solution reliability criteria filters applied for
Gaia DR1).
Figure 7.22: Sky distribution of Tycho-2 stars not in TGAS, in galactic coordinates.
The overall sky coverage of Gaia DR1 is tested by comparison with two deeper all sky catalogues: 2MASS and
UCAC4. 2MASS (Skrutskie et al. 2006) is a near-infrared survey covering 99.5% of the celestial sphere and
announced to be
95% complete for galactic latitude |b| > 10
◦
and ∼95% for |b| < 10
◦
. UCAC4 (Zacharias et al.
2013) is a compiled, all-sky, astrometric star catalogue complete to about magnitude R
=16. The tests performed
here use the crossmatch between Gaia DR1 and these two catalogues as available in GACS. The variation over
the sky of four key parameters are checked: the number of crossmatched sources, the mean number of neighbours
(stars which could have been considered as crossmatched, but for which the crossmatch was not as good as for
286

---

the selected source
= the best neighbour), the number of Gaia stars with the same best neighbour, and the number
of Gaia sources without any match. Finally, a random subset of about 5 million of sources is selected in order to
check, if any, the di
fferent properties in magnitude, colour, proper motion, goodness of fit, etc... of the above four
categories of stars.
Only 5% of the UCAC4 catalogue does not have a match in Gaia DR1; their sky distribution (Figure 7.23a) show
the footprint of the Gaia scanning law. 7% of the UCAC sources appear more than once in the crossmatch table;
those multiple crossmatches are distributed mainly in high density region, as expected, but their sky distribution
also show a weak Gaia scanning law footprint (Fig. Figure 7.23b). 258605 sources with G<14 appear in the
Gaia catalogue but not in the UCAC4 one; their sky distribution (Figure 7.23c) follow the Gaia scanning law
footprint and recalls the footprint of the Tycho-2 stars not in TGAS (Figure 7.22). A detailed inspection of those
sources indicates that a large portion of them are actually present in the UCAC4 catalogue but that their astrometric
uncertainties did not allow to accept the crossmatch, most probably linked to the fact that a large portion of those
sources have been measured with orthogonal directions.
Figure 7.23: Sky distribution versus UCAC4, in galactic coordinates. a) UCAC4 sources not in Gaia DR1 (5%) b)
UCAC4 sources multiply crossmatched in Gaia DR1 c) Gaia DR1 sources with G<14 not in UCAC4.
To study the 2MASS stars not found in Gaia DR1, we selected only stars with photometric quality flag AAA and
magnitude J < 14 (this limit corresponds roughly to V < 20 for A
V
< 5). As expected, most of the missing sources
are located in high extinction regions along the galactic plane, but some extra feature is also apparent showing the
Gaia scanning law footprint (Figure 7.24a). The 2MASS multiple crossmatches sources have a sky pattern similar
to the one observed with UCAC4, with the main concentration being as expected along the dense areas plus a
weaker Gaia scanning law footprint (Figure 7.24b).
287

---

Figure 7.24: Sky distribution versus 2MASS, in galactic coordinates. a) 2MASS sources with J<14 not in
Gaia DR1 b) 2MASS sources multiply crossmatched in Gaia DR1.
Small scale completeness
The small scale completeness of Gaia DR1 and its variation with the sky stellar density are tested in comparison
with two catalogues: Version 1 of the Hubble Space Telescope (HST) Source Catalogue (HSC, Whitmore et al.
(2016)) and a selection of fields observed by OGLE (Udalski et al. 2008b).
The HSC is a very non-uniform catalogue based on deep pencil-beam HST observations made using a wide variety
of instruments and observing modes. Version 1 of the HSC includes roughly 30 million objects observed using
112 di
fferent detector/filter combinations, and about 160 000 HST exposures. However, the spatial resolution of
Gaia is comparable to that of Hubble and the HSC is therefore an excellent tool to test the completeness and the
photometric behaviour of Gaia DR1 on specific samples of stars. The announced mean photometric accuracy is
better than 0.10 mag and the relative astrometric residuals within 10 mas. The absolute astrometric accuracy is
better than 0.1 arcsec in most cases.
The first test is made in a crowded field of one degree radius around Baade’s Window. Nearly 13 000 stars are
considered, observed in both the F555W and F814W HST filters with either the Wide Field Planetary Camera 2
(WFPC2) or the Wide Field Camera 3 (WFC3). The presence of these stars in Gaia DR1 and the completeness of
this sample with respect to all the stars observed by Hubble as a function of a G-band magnitude computed from
HST F555W and F814W magnitudes (G
HST
) is a good indication of the completeness of Gaia DR1 as a function
of G. G
HST
is computed from HST photometry following the colour-colour relations of the photometric reductions
(Section 5.3.5). A colour-colour diagram of the crossmatched stars (G-F555W versus F555W-F814W) allow to
test the validity of these relations with observed Gaia and HST photometry. More details about the photometric
tests are given in Section 7.4.3.3.
The second test is made on samples of stars observed with one the three HST cameras (Advanced Camera for
Surveys (ACS), WFPC2 or WFC3), using the red filter F814W and either F555W or F606W. Sources are selected
following the recommendations of Whitmore et al. (2016) to reduce the numbers of artefacts: sources must be
observed in at least 2 images (to remove cosmic rays), with a Concentration Index CI<1.4 (to remove extended
sources; CI is the di
fference between small and large aperture magnitudes), σ
CI
< 0.5 (to remove partially saturated
stars), and photometric errors in all filters smaller than 0.05 mag. Moreover, only stars with an absolute astrometric
correction flag set to yes have been selected, i.e. those with astrometric parameters adjusted to the reference frames
of either PanSTARRS, SDSS or 2MASS, leading to a typical absolute astrometric accuracy of about 0.1 arcsec.
The size of the resulting samples varies from 1600 stars for ACS-F555W to nearly 120 000 stars for ACS-F606W,
going through 15-23 000 stars for the four other samples. The completeness of Gaia observations for these samples,
position di
fferences and colour-colour relations are tested.
288

---