Gaia Data Release 1 Documentation release 0

Figure 7.28: Gaia DR1 detections of the resolved galaxy NGC 4304 (image from SDSS through Aladin, size ∼ 6 ).
7.4.3.2
Astrometric precision and accuracy
The comparison of Gaia results with external astrometric data is not straightforward as Gaia will provide the
most accurate astrometric data ever produced, at least in the optical domain. An additional di
fficulty, especially
for the comparison of parallaxes, will be that the numbers of targets will be hugely di
fferent: a few tens to a
maximum of one hundred thousands for existing data versus millions - and finally a billion - for Gaia. However
the consistency between Gaia data and carefully selected external astrometric data might be important in order to
detect any statistical misbehaviour in one or the other source of data, including Gaia.
Currently, the most accurate astrometric data in the optical range are provided by the Hubble Space Telescope
(HST) Fine Guidance Sensors (FGS) and, to a lesser extent, by some ground-based observations. However, in both
cases, these are small field observations providing relative astrometry, corrected to absolute astrometry by a careful
analysis of background stars in the field. The Hubble median parallax error is announced to be of about 0.2 mas
(Benedict & McArthur 2015). As a comparison, Very Long Baseline Interferometric (VLBI) observations, at radio
wavelengths, have now improved to ∼10 µas for parallaxes and ∼1 µas yr
−1
for proper motions (Reid & Honma
2014). However, the comparison between radio and optical astrometric parameters should be made with caution as
the sources of emission may be di
fferent at different wavelengths and, moreover, the structure and the flux density
of the sources at radio wavelengths may change over time.
292

---

For the majority of the sources included in Gaia DR1, the only available astrometric parameter is the position.
Only for TGAS stars is the complete set of astrometric parameters available: position, trigonometric parallax and
proper motion. It should be noted that only positions from the Hipparcos or Tycho-2 Catalogues are used as priors
in TGAS. The parallaxes (from Hipparcos) and the proper motions (from both Catalogues) are not used, so as to
ensure that the comparison with TGAS parallaxes and proper motions is meaningful as they are independent from
those of Hipparcos and Tycho-2.
The crossmatch between Gaia DR1 and the external catalogue or compilation is done using directly Tycho-2 or
Hipparcos identifiers for TGAS tests (either provided in the publications or obtained through SIMBAD queries
(Wenger et al. 2000) using the identifiers given in the original papers). For the full Gaia DR1 tests, a positional
crossmatch is used. Each of the catalogue is used to compare, as much as possible, the positions, parallaxes,
proper motions and reference frame. For the Hipparcos and Tycho-2 proper motion tests, the global rotation
between the reference frames of Hipparcos and TGAS derived in (Lindegren et al. 2016) is applied. A possible
[residual-]rotation is checked. For each catalogue, the distribution of the normalized residuals (Gaia-External) of
each parameter R
N
, e.g. for the parallax R
N
=(
G
-
E
)
/(σ
2
G
+ σ
2
E
)
1/2
, are checked to be consistent with a normal
distribution, and correlations of those residuals with magnitude, colour and sky position are checked. A χ
2
test is
also performed on combined parameters X (positions or proper motions or parallax and proper motions) using the
full covariance matrix of both the external (
Σ
E
) and the Gaia (
Σ
G
) catalogues to compute the normalized residuals
R
χ
= (X
G
− X
E
)
T
(
Σ
G
+ Σ
E
)
2
(X
G
− X
E
) and their distribution is tested to follow a chi-squared distribution with n
degrees of freedom, n being the number of parameters tested (e.g. 2 for Gaia DR1 positions, 2 for TGAS proper
motions and 3 for TGAS parallax and proper-motions). Similarly to the one dimensional case, correlations with
magnitude and colour, and sky distribution of those residuals are also tested. In all the tests, we use a p-value limit
of 0.01 (e.g. we indicate that we find a bias, extra variance or a correlation with a confidence level higher than
99%). For the normalized residuals using individual parameter (R
N
), this level corresponds to |R
N
|
> 2.6, while
for the χ
2
residuals on 2 components this level corresponds to R
χ
> 9.21.
TGAS parallaxes and proper motions
For the validation of TGAS, the following astrometric catalogues have been considered:
• Hipparcos new reduction (van Leeuwen 2007b). A selection of well behaved Hipparcos stars has
been done using the 5-parameter solution type with a good astrometric solution (goodness of fit,
|F2| < 5), and without any binary flag indicated in the literature, mainly from WDS (Mason et al.
2001), CCDM (Catalogue of the Components of Double and Multiple Stars, Dommanget & Nys
(2000)) and SB9 (9th Catalogue of Spectroscopic Binary Orbits, Pourbaix et al. (2004)). Stars also
included in Tycho-2 are only kept if the proper motions from Hipparcos are consistent with those
of Tycho-2 (rejection p-value: 0.001). The resulting sample includes 93 802 well behaved stars,
against which both the parallaxes and proper motions of TGAS are tested. A global parallax zero
point di
fference of -0.094±0.004 mas is observed. An under-estimation of the standard uncertainties
for both parallax and proper motions is significant (extra dispersion of 0.6 mas). Small variation
of the parallax and proper motion residuals is seen with sky position (Figure 7.29) and magnitude
(smaller than 0.1 mas, most probably due to the gates).
293

---