Gaia Data Release 1 Documentation release 0

Figure 7.29: Sky variation of the normalized residuals R
N
of the TGAS versus Hipparcos parallaxes in ecliptic
coordinates.
The χ
2
test with Hipparcos, using either parallax and proper motions or proper motions only, show
variations across the sky (Figure 7.30a), with areas showing a mean residual R
χ
over 9.21 (the p-
value 0.01 limit) while the residuals of parallax or proper motion component individually stay below
the p-value limit (|R
N
|
< 2.6). 11% of the sources have a χ
2
p-value<0.01, e.g. 11 times more than
expected. Moreover a strong correlation between R
χ
and G magnitude is observed (Figure 7.30b).
This behaviour of R
χ
is also seen with the QSO positions, indicating potential issues with the covari-
ance matrix.
Figure 7.30: TGAS proper motions versus Hipparcos χ
2
test: the residuals R
χ
should follow a χ
2
of 2 degrees
of freedom. The maximum residuals corresponding to a p-value of 0.01 is 9.21. a) Sky variation in ecliptic
coordinates. b) correlation with the G magnitude; the dotted lines correspond to the 1σ confidence interval.
The second sample includes the 1574 stars previously eliminated because of the inconsistency be-
tween Hipparcos and Tycho-2 proper motions. A specific test is done on those stars: most of them
are expected to be long period binaries not detected in Hipparcos, and for which the longer time
baseline of Tycho-2 could have provided a more accurate value. The TGAS solution also has a long
294

---

time baseline thanks to its Hipparcos
/Tycho input position. It is therefore tested that the TGAS so-
lution for those stars is globally closer to the Tycho-2 solution than to the Hipparcos solution. This
is indeed the case with 7% of those TGAS sources being outliers versus the Tycho-2 solution while
50% are outliers versus the Hipparcos solution.
• Tycho-2 (Høg et al. 2000). Only Tycho-2 stars with a normal astrometric treatment (no double star
with Tycho-2 separate entries, no close known or suspected double star with photocentre treatment)
are used in this test. Due to the di
fferent priors used for the Hipparcos and Tycho-2 stars (Hippar-
cos positions at the Hipparcos mean epoch, J1991.25, for Hipparcos stars; Tycho-2 positions at the
e
ffective Tycho-2 observation epoch, taken to be the mean of the α and δ epochs, for Tycho-2 stars)
in the TGAS solution, the test is done once for the Tycho-2 sources not in Hipparcos and once for
the Tycho-2 sources in the well behaved Hipparcos sub-sample described above. For the Tycho-2
sources in the Hipparcos well-behaved sub-sample an under-estimation of the standard uncertainties
is seen (extra dispersion of 0.6 mas yr
−1
similar to what is found with the Hipparcos sample) and a
correlation with magnitude and colour is found with an amplitude smaller than 0.1 mas (the residuals
increasing with magnitude and colour). For the Tycho-2 sources not in Hipparcos, a strong variation
of the residuals is seen with sky position (Figure 7.31) with features parallel to the equatorial decli-
nation which corresponds to the borders of the plates used to derive the Tycho-2 proper motions. A
very large extra dispersion of 1.8 mas yr
−1
is also observed. We most probably see here the defaults
of the Tycho-2 proper motions. A rotation smaller than 0.2 mas is also observed.
Figure 7.31: Sky variation of the residuals R
χ
of the TGAS versus Tycho-2 parallaxes in equatorial coordinates.
• High proper motion stars. For high proper motion (HPM) stars, the selection includes the 1098
SIMBAD stars with a Tycho or HIP identifier and a proper motion larger than 0.5 arcsec yr
−1
(proper
motions mainly from Tycho-2 and Hipparcos). 40% of this selection is not found in the TGAS solu-
tion, in particular in the bright magnitudes. All stars with a proper motion larger than 3.5 arcsec yr
−1
are absent from TGAS. Stars with a proper motion larger than 1 arcsec yr
−1
in TGAS have been
checked to have a large proper motion in SIMBAD. The validation of this test on Hipparcos results
in the detection of one star, HIP 67593, with a very large proper motion in Hipparcos but with small
proper motion in SIMBAD (source
= Tycho-2), but this star is not in TGAS.
• VLBI compilation, mainly from the USA VLBA (Very Long Base Array), the Japanese VERA
(VLBI Exploration of Radio Astrometry) and the European EVN (European VLBI Network): 90
295

---

proper motions and 44 parallaxes (including respectively 70 and 30 stars in Tycho-2). Over the
years, with increasing baseline length and better calibration of the ionospheric and tropospheric
delays, astrometric accuracy using VLBI at centimetre wavelengths is approaching ∼10 µas for
parallaxes and ∼1 µas yr
−1
for proper motions (Reid & Honma (2014) and reference herein). For
proper motions, only those with a mean epoch > 2000 were considered as calibration techniques
improved drastically at that epoch, especially with new detailed maps of ionospheric delay. The
compilation covers all stellar sources for which trigonometric parallaxes and proper motions have
been obtained from VLBI astrometry (as quoted in the review of Reid & Honma (2014)), but also
stars with only proper motions obtained from VLBI positions Boboltz et al. (2007), and VLBI proper
motions of X-ray binaries with an estimation of distance obtained by other means (Miller-Jones
2014). 36 stars of this compilation are present in TGAS, including 9 with parallax information. All
the tests associated to this catalogue pass (parallax and proper motion bias, variance, correlations),
with the exception of the full covariance matrix χ
2
test which indicates that half the stars with both
parallax and proper-motion information available (assuming no correlation for the VLBI parameters
as this information is rarely available) have a χ
2
p-value larger than 0.01.
• HST compilation: 69 parallaxes (including 43 in Tycho-2). Over nearly two decades now, the Fine
Guidance Sensors (FGS) on Hubble Space Telescope have produced astrometric measures, espe-
cially high accuracy trigonometric parallaxes of astrophysically interesting objects such as Cepheids,
RR Lyrae, novae, cataclysmic variables or cluster members (Benedict & McArthur 2015; Benedict
et al. 2007). The FGS field of view is small (3 x 15 ) and the parallaxes of target stars are measured
with respect to reference stars which have their own parallaxes, estimated by spectro-photomometric
measurements. The correction to absolute leads to a median error of absolute parallaxes announced
to be 0.2 mas. The present compilation covers 69 stars with parallaxes and, for about a third of them,
proper motions, published up to end 2015. 19 stars of this compilation are present in TGAS, passing
all the tests.
• RECONS : 348 parallaxes (including 27 in Tycho-2). The REsearch Consortium On Nearby Stars
(RECONS, www.recons.org) has built a database of all systems estimated to be closer than 25.0 pc
(parallaxes greater than 40 mas with errors less than 10 mas). It includes 329 systems with trigono-
metric parallaxes obtained from the 0.9m and 1.5m astrometry program at Cerro Tololo Interamer-
ican Observatory (CTIO), covering a range in δ from -82
◦
to
+29
◦
, with magnitudes V from 9.8 to
23.7. We have used the database as published on 1st April 2015 (Henry & Jao 2015). 13 stars of this
compilation are present in TGAS, passing all the tests.
TGAS parallax accuracy tested with distant stars
The zero point of the parallaxes and their precision can be tested directly by using sources (for example stars in the
Magellanic Clouds or QSOs) distant enough so that their measured parallaxes can be considered as null according
to the catalogue’s expected accuracy. The normalized parallax distribution of those sources should follow a normal
distribution. For TGAS we have been looking for stars with
< 0.1 mas. This limit has been chosen to be
consistent with TGAS accuracy (estimated to be of the order of 1 mas).
• LMC
/SMC. The compiled catalogue from the literature contains 250 LMC and 79 SMC Tycho stars.
Among those, 46 stars are also in Hipparcos. For these Hipparcos stars, the Hipparcos and Simbad
information has been checked to be fully consistent with LMC
/SMC membership. A mean parallax
of 0.11±0.02 mas is seen for the LMC and -0.12±0.05 mas for the SMC with a small over-estimation
(by 0.14 mas) of the uncertainties. This indicates a variation of the zero point across the sky. Further
filtering of the data has been tested by comparing the parallaxes and proper motions of the stars with
the mean values of the clouds (taken from Simbad) through a χ
2
test. Using a limit p-value of 0.01
on this χ
2
test removes 20% of the LMC stars (3% of the SMC). The remaining stars still show a
significant parallax bias although reduced as expected. A correlation of the parallax residual with
296

---