We present results based on full-mission Planck observations of temperature and polarization anisotropies of the CMB. These data are consistent with the six-parameter inflationary LCDM cosmology. From the Planck temperature and lensing data, for this cosmology we find a Hubble constant, H0= (67.8 +/- 0.9) km/s/Mpc, a matter density parameter Omega_m = 0.308 +/- 0.012 and a scalar spectral index with n_s = 0.968 +/- 0.006. (We quote 68% errors on measured parameters and 95% limits on other parameters.) Combined with Planck temperature and lensing data, Planck LFI polarization measurements lead to a reionization optical depth of tau = 0.066 +/- 0.016. Combining Planck with other astrophysical data we find N_ eff = 3.15 +/- 0.23 for the effective number of relativistic degrees of freedom and the sum of neutrino masses is constrained to < 0.23 eV. Spatial curvature is found to be |Omega_K| < 0.005. For LCDM we find a limit on the tensor-to-scalar ratio of r <0.11 consistent with the B-mode constraints from an analysis of BICEP2, Keck Array, and Planck (BKP) data. Adding the BKP data leads to a tighter constraint of r < 0.09. We find no evidence for isocurvature perturbations or cosmic defects. The equation of state of dark energy is constrained to w = -1.006 +/- 0.045. Standard big bang nucleosynthesis predictions for the Planck LCDM cosmology are in excellent agreement with observations. We investigate annihilating dark matter and deviations from standard recombination, finding no evidence for new physics. The Planck results for base LCDM are in agreement with BAO data and with the JLA SNe sample. However the amplitude of the fluctuations is found to be higher than inferred from rich cluster counts and weak gravitational lensing. Apart from these tensions, the base LCDM cosmology provides an excellent description of the Planck CMB observations and many other astrophysical data sets.

We present cosmological parameter results from the final full-mission Planck measurements of the CMB anisotropies. We find good consistency with the standard spatially-flat 6-parameter $\Lambda$CDM cosmology having a power-law spectrum of adiabatic scalar perturbations (denoted "base $\Lambda$CDM" in this paper), from polarization, temperature, and lensing, separately and in combination. A combined analysis gives dark matter density $\Omega_c h^2 = 0.120\pm 0.001$, baryon density $\Omega_b h^2 = 0.0224\pm 0.0001$, scalar spectral index $n_s = 0.965\pm 0.004$, and optical depth $\tau = 0.054\pm 0.007$ (in this abstract we quote $68\,\%$ confidence regions on measured parameters and $95\,\%$ on upper limits). The angular acoustic scale is measured to $0.03\,\%$ precision, with $100\theta_*=1.0411\pm 0.0003$. These results are only weakly dependent on the cosmological model and remain stable, with somewhat increased errors, in many commonly considered extensions. Assuming the base-$\Lambda$CDM cosmology, the inferred late-Universe parameters are: Hubble constant $H_0 = (67.4\pm 0.5)$km/s/Mpc; matter density parameter $\Omega_m = 0.315\pm 0.007$; and matter fluctuation amplitude $\sigma_8 = 0.811\pm 0.006$. We find no compelling evidence for extensions to the base-$\Lambda$CDM model. Combining with BAO we constrain the effective extra relativistic degrees of freedom to be $N_{\rm eff} = 2.99\pm 0.17$, and the neutrino mass is tightly constrained to $\sum m_\nu< 0.12$eV. The CMB spectra continue to prefer higher lensing amplitudes than predicted in base -$\Lambda$CDM at over $2\,\sigma$, which pulls some parameters that affect the lensing amplitude away from the base-$\Lambda$CDM model; however, this is not supported by the lensing reconstruction or (in models that also change the background geometry) BAO data. (Abridged)

We present the first results based on Planck measurements of the CMB temperature and lensing-potential power spectra. The Planck spectra at high multipoles are extremely well described by the standard spatially-flat six-parameter LCDM cosmology. In this model Planck data determine the cosmological parameters to high precision. We find a low value of the Hubble constant, H0=67.3+/-1.2 km/s/Mpc and a high value of the matter density parameter, Omega_m=0.315+/-0.017 (+/-1 sigma errors) in excellent agreement with constraints from baryon acoustic oscillation (BAO) surveys. Including curvature, we find that the Universe is consistent with spatial flatness to percent-level precision using Planck CMB data alone. We present results from an analysis of extensions to the standard cosmology, using astrophysical data sets in addition to Planck and high-resolution CMB data. None of these models are favoured significantly over standard LCDM. The deviation of the scalar spectral index from unity is insensitive to the addition of tensor modes and to changes in the matter content of the Universe. We find a 95% upper limit of r<0.11 on the tensor-to-scalar ratio. There is no evidence for additional neutrino-like relativistic particles. Using BAO and CMB data, we find N_eff=3.30+/-0.27 for the effective number of relativistic degrees of freedom, and an upper limit of 0.23 eV for the summed neutrino mass. Our results are in excellent agreement with big bang nucleosynthesis and the standard value of N_eff=3.046. We find no evidence for dynamical dark energy. Despite the success of the standard LCDM model, this cosmology does not provide a good fit to the CMB power spectrum at low multipoles, as noted previously by the WMAP team. While not of decisive significance, this is an anomaly in an otherwise self-consistent analysis of the Planck temperature data.

We present the implications for cosmic inflation of the Planck measurements of the cosmic microwave background (CMB) anisotropies in both temperature and polarization based on the full Planck survey, which includes more than twice the integration time of the nominal survey used for the 2013 release papers. The Planck full mission temperature data and a first release of polarization data on large angular scales measure the spectral index of curvature perturbations to be ns = 0.968 ± 0.006 and tightly constrain its scale dependence to dns/ dlnk = −0.003 ± 0.007 when combined with the Planck lensing likelihood. When the Planck high-ℓ polarization data are included, the results are consistent and uncertainties are further reduced. The upper bound on the tensor-to-scalar ratio is r0.002< 0.11 (95% CL). This upper limit is consistent with the B-mode polarization constraint r< 0.12 (95% CL) obtained from a joint analysis of the BICEP2/Keck Array and Planck data. These results imply that V(φ) ∝ φ2 and natural inflation are now disfavoured compared to models predicting a smaller tensor-to-scalar ratio, such as R2 inflation. We search for several physically motivated deviations from a simple power-law spectrum of curvature perturbations, including those motivated by a reconstruction of the inflaton potential not relying on the slow-roll approximation. We find that such models are not preferred, either according to a Bayesian model comparison or according to a frequentist simulation-based analysis. Three independent methods reconstructing the primordial power spectrum consistently recover a featureless and smooth over the range of scales 0.008 Mpc-1 ≲ k ≲ 0.1 Mpc-1. At large scales, each method finds deviations from a power law, connected to a deficit at multipoles ℓ ≈ 20−40 in the temperature power spectrum, but at an uncompelling statistical significance owing to the large cosmic variance present at these multipoles. By combining power spectrum and non-Gaussianity bounds, we constrain models with generalized Lagrangians, including Galileon models and axion monodromy models. The Planck data are consistent with adiabatic primordial perturbations, and the estimated values for the parameters of the base Λ cold dark matter (ΛCDM) model are not significantly altered when more general initial conditions are admitted. In correlated mixed adiabatic and isocurvature models, the 95% CL upper bound for the non-adiabatic contribution to the observed CMB temperature variance is | αnon - adi | < 1.9%, 4.0%, and 2.9% for CDM, neutrino density, and neutrino velocity isocurvature modes, respectively. We have tested inflationary models producing an anisotropic modulation of the primordial curvature power spectrum findingthat the dipolar modulation in the CMB temperature field induced by a CDM isocurvature perturbation is not preferred at a statistically significant level. We also establish tight constraints on a possible quadrupolar modulation of the curvature perturbation. These results are consistent with the Planck 2013 analysis based on the nominal mission data and further constrain slow-roll single-field inflationary models, as expected from the increased precision of Planck data using the full set of observations.

We present the all-sky Planck catalogue of Sunyaev-Zeldovich (SZ) sources detected from the 29 month full-mission data. The catalogue (PSZ2) is the largest SZ-selected sample of galaxy clusters yet produced and the deepest all-sky catalogue of galaxy clusters. It contains 1653 detections, of which 1203 are confirmed clusters with identified counterparts in external data-sets, and is the first SZ-selected cluster survey containing > $10^3$ confirmed clusters. We present a detailed analysis of the survey selection function in terms of its completeness and statistical reliability, placing a lower limit of 83% on the purity. Using simulations, we find that the Y5R500 estimates are robust to pressure-profile variation and beam systematics, but accurate conversion to Y500 requires. the use of prior information on the cluster extent. We describe the multi-wavelength search for counterparts in ancillary data, which makes use of radio, microwave, infra-red, optical and X-ray data-sets, and which places emphasis on the robustness of the counterpart match. We discuss the physical properties of the new sample and identify a population of low-redshift X-ray under- luminous clusters revealed by SZ selection. These objects appear in optical and SZ surveys with consistent properties for their mass, but are almost absent from ROSAT X-ray selected samples.

The European Space Agency's Planck satellite, which was dedicated to studying the early Universe and its subsequent evolution, was launched on 14 May 2009. It scanned the microwave and submillimetre sky continuously between 12 August 2009 and 23 October 2013, producing deep, high-resolution, all-sky maps in nine frequency bands from 30 to 857GHz. This paper presents the cosmological legacy of Planck, which currently provides our strongest constraints on the parameters of the standard cosmological model and some of the tightest limits available on deviations from that model. The 6-parameter LCDM model continues to provide an excellent fit to the cosmic microwave background data at high and low redshift, describing the cosmological information in over a billion map pixels with just six parameters. With 18 peaks in the temperature and polarization angular power spectra constrained well, Planck measures five of the six parameters to better than 1% (simultaneously), with the best-determined parameter (theta_*) now known to 0.03%. We describe the multi-component sky as seen by Planck, the success of the LCDM model, and the connection to lower-redshift probes of structure formation. We also give a comprehensive summary of the major changes introduced in this 2018 release. The Planck data, alone and in combination with other probes, provide stringent constraints on our models of the early Universe and the large-scale structure within which all astrophysical objects form and evolve. We discuss some lessons learned from the Planck mission, and highlight areas ripe for further experimental advances.

We analyse the implications of the Planck data for cosmic inflation. The Planck nominal mission temperature anisotropy measurements, combined with the WMAP large-angle polarization, constrain the scalar spectral index to be ns = 0.9603 ± 0.0073, ruling out exact scale invariance at over 5σ.Planck establishes an upper bound on the tensor-to-scalar ratio of r< 0.11 (95% CL). The Planck data thus shrink the space of allowed standard inflationary models, preferring potentials with V′′< 0. Exponential potential models, the simplest hybrid inflationary models, and monomial potential models of degree n ≥ 2 do not provide a good fit to the data. Planck does not find statistically significant running of the scalar spectral index, obtaining dns/ dlnk = − 0.0134 ± 0.0090. We verify these conclusions through a numerical analysis, which makes no slow-roll approximation, and carry out a Bayesian parameter estimation and model-selection analysis for a number of inflationary models including monomial, natural, and hilltop potentials. For each model, we present the Planck constraints on the parameters of the potential and explore several possibilities for the post-inflationary entropy generation epoch, thus obtaining nontrivial data-driven constraints. We also present a direct reconstruction of the observable range of the inflaton potential. Unless a quartic term is allowed in the potential, we find results consistent with second-order slow-roll predictions. We also investigate whether the primordial power spectrum contains any features. We find that models with a parameterized oscillatory feature improve the fit by Δχ2eff ≈ 10; however, Bayesian evidence does not prefer these models. We constrain several single-field inflation models with generalized Lagrangians by combining power spectrum data with Planck bounds on fNL. Planck constrains with unprecedented accuracy the amplitude and possible correlation (with the adiabatic mode) of non-decaying isocurvature fluctuations. The fractional primordial contributions of cold dark matter (CDM) isocurvature modes of the types expected in the curvaton and axion scenarios have upper bounds of 0.25% and 3.9% (95% CL), respectively. In models with arbitrarily correlated CDM or neutrino isocurvature modes, an anticorrelated isocurvature component can improve the χ2eff by approximately 4 as a result of slightly lowering the theoretical prediction for the ℓ ≲ 40 multipoles relative to the higher multipoles. Nonetheless, the data are consistent with adiabatic initial conditions.

This paper characterizes the effective beams, the effective beam window functions and the associated errors for the Planck High Frequency Instrument (HFI) detectors. The effective beam is theangular response including the effect of the optics, detectors, data processing and the scan strategy. The window function is the representation of this beam in the harmonic domain which is required to recover an unbiased measurement of the cosmic microwave background angular power spectrum. The HFI is a scanning instrument and its effective beams are the convolution of: a) the optical response of the telescope and feeds; b) the processing of the time-ordered data and deconvolution of the bolometric and electronic transfer function; and c) the merging of several surveys to produce maps. The time response transfer functions are measured using observations of Jupiter and Saturn and by minimizing survey difference residuals. The scanning beam is the post-deconvolution angular response of the instrument, and is characterized with observations of Mars. The main beam solid angles are determined to better than 0.5% at each HFI frequency band. Observations of Jupiter and Saturn limit near sidelobes (within 5°) to about 0.1% of the total solid angle. Time response residuals remain as long tails in the scanning beams, but contribute less than 0.1% of the total solid angle. The bias and uncertainty in the beam products are estimated using ensembles of simulated planet observations that include the impact of instrumental noise and known systematic effects. The correlation structure of these ensembles is well-described by five error eigenmodes that are sub-dominant to sample variance and instrumental noise in the harmonic domain. A suite of consistency tests provide confidence that the error model represents a sufficient description of the data. The total error in the effective beam window functions is below 1% at 100 GHz up to multipole ℓ ~ 1500, and below 0.5% at 143 and 217 GHz up to ℓ ~ 2000.

Author(s): Aghanim, N; Akrami, Y; Ashdown, M; Aumont, J; Baccigalupi, C; Ballardini, M; Banday, AJ; Barreiro, RB; Bartolo, N; Basak, S; Battye, R; Benabed, K; Bernard, JP; Bersanelli, M; Bielewicz, P; Bock, JJ; Bond, JR; Borrill, J; Bouchet, FR; Boulanger, F; Bucher, M; Burigana, C; Butler, RC; Calabrese, E; Cardoso, JF; Carron, J; Challinor, A; Chiang, HC; Chluba, J; Colombo, LPL; Combet, C; Contreras, D; Crill, BP; Cuttaia, F; De Bernardis, P; De Zotti, G; Delabrouille, J; Delouis, JM; DI Valentino, E; DIego, JM; Dore, O; Douspis, M; Ducout, A; Dupac, X; Dusini, S; Efstathiou, G; Elsner, F; Enslin, TA; Eriksen, HK; Fantaye, Y; Farhang, M; Fergusson, J; Fernandez-Cobos, R; Finelli, F; Forastieri, F; Frailis, M; Fraisse, AA; Franceschi, E; Frolov, A; Galeotta, S; Galli, S; Ganga, K; Genova-Santos, RT; Gerbino, M; Ghosh, T; Gonzalez-Nuevo, J; Gorski, KM; Gratton, S; Gruppuso, A; Gudmundsson, JE; Hamann, J; Handley, W; Hansen, FK; Herranz, D; Hildebrandt, SR; Hivon, E; Huang, Z; Jaffe, AH; Jones, WC; Karakci, A; Keihanen, E; Keskitalo, R; Kiiveri, K; Kim, J; Kisner, TS | Abstract: In the original version, the bounds given in Eqs. (87a) and (87b) on the contribution to the early-time optical depth, (15,30), contained a numerical error in deriving the 95th percentile from the Monte Carlo samples. The corrected 95% upper bounds are: τ(15,30) l 0:018 (lowE, flat τ(15, 30), FlexKnot), (1) τ(15, 30) l 0:023 (lowE, flat knot, FlexKnot): (2) These bounds are a factor of 3 larger than the originally reported results. Consequently, the new bounds do not significantly improve upon previous results from Planck data presented in Millea a Bouchet (2018) as was stated, but are instead comparable. Equations (1) and (2) give results that are now similar to those of Heinrich a Hu (2021), who used the same Planck 2018 data to derive a 95% upper bound of 0.020 using the principal component analysis (PCA) model and uniform priors on the PCA mode amplitudes.

We describe the legacy Planck cosmic microwave background (CMB) likelihoods derived from the 2018 data release. The overall approach is similar in spirit to the one retained for the 2013 and 2015 data release, with a hybrid method using different approximations at low ( ℓ < 30) and high ( ℓ ≥ 30) multipoles, implementing several methodological and data-analysis refinements compared to previous releases. With more realistic simulations, and better correction and modelling of systematic effects, we can now make full use of the CMB polarization observed in the High Frequency Instrument (HFI) channels. The low-multipole EE cross-spectra from the 100 GHz and 143 GHz data give a constraint on the ΛCDM reionization optical-depth parameter τ to better than 15% (in combination with the TT low- ℓ data and the high- ℓ temperature and polarization data), tightening constraints on all parameters with posterior distributions correlated with τ . We also update the weaker constraint on τ from the joint TEB likelihood using the Low Frequency Instrument (LFI) channels, which was used in 2015 as part of our baseline analysis. At higher multipoles, the CMB temperature spectrum and likelihood are very similar to previous releases. A better model of the temperature-to-polarization leakage and corrections for the effective calibrations of the polarization channels (i.e., the polarization efficiencies) allow us to make full use of polarization spectra, improving the ΛCDM constraints on the parameters θ MC , ω c , ω b , and H 0 by more than 30%, and n s by more than 20% compared to TT-only constraints. Extensive tests on the robustness of the modelling of the polarization data demonstrate good consistency, with some residual modelling uncertainties. At high multipoles, we are now limited mainly by the accuracy of the polarization efficiency modelling. Using our various tests, simulations, and comparison between different high-multipole likelihood implementations, we estimate the consistency of the results to be better than the 0.5 σ level on the ΛCDM parameters, as well as classical single-parameter extensions for the joint likelihood (to be compared to the 0.3 σ levels we achieved in 2015 for the temperature data alone on ΛCDM only). Minor curiosities already present in the previous releases remain, such as the differences between the best-fit ΛCDM parameters for the ℓ < 800 and ℓ > 800 ranges of the power spectrum, or the preference for more smoothing of the power-spectrum peaks than predicted in ΛCDM fits. These are shown to be driven by the temperature power spectrum and are not significantly modified by the inclusion of the polarization data. Overall, the legacy Planck CMB likelihoods provide a robust tool for constraining the cosmological model and represent a reference for future CMB observations.