The Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) mission, launched on 2012 June 13, is the first focusing high-energy X-ray telescope in orbit. NuSTAR operates in the band from 3 to 79 keV, extending the sensitivity of focusing far beyond the ∼10 keV high-energy cutoff achieved by all previous X-ray satellites. The inherently low background associated with concentrating the X-ray light enables NuSTAR to probe the hard X-ray sky with a more than 100-fold improvement in sensitivity over the collimated or coded mask instruments that have operated in this bandpass. Using its unprecedented combination of sensitivity and spatial and spectral resolution, NuSTAR will pursue five primary scientific objectives: (1) probe obscured active galactic nucleus (AGN) activity out to the peak epoch of galaxy assembly in the universe (at z ≲ 2) by surveying selected regions of the sky; (2) study the population of hard X-ray-emitting compact objects in the Galaxy by mapping the central regions of the Milky Way; (3) study the non-thermal radiation in young supernova remnants, both the hard X-ray continuum and the emission from the radioactive element 44Ti; (4) observe blazars contemporaneously with ground-based radio, optical, and TeV telescopes, as well as with Fermi and Swift, to constrain the structure of AGN jets; and (5) observe line and continuum emission from core-collapse supernovae in the Local Group, and from nearby Type Ia events, to constrain explosion models. During its baseline two-year mission, NuSTAR will also undertake a broad program of targeted observations. The observatory consists of two co-aligned grazing-incidence X-ray telescopes pointed at celestial targets by a three-axis stabilized spacecraft. Deployed into a 600 km, near-circular, 6° inclination orbit, the observatory has now completed commissioning, and is performing consistent with pre-launch expectations. NuSTAR is now executing its primary science mission, and with an expected orbit lifetime of 10 yr, we anticipate proposing a guest investigator program, to begin in late 2014.

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 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.

This paper presents the Planck 2015 likelihoods, statistical descriptions of the 2-point correlations of CMB data, using the hybrid approach employed previously: pixel-based at $\ell<30$ and a Gaussian approximation to the distribution of spectra at higher $\ell$. The main improvements are the use of more and better processed data and of Planck polarization data, and more detailed foreground and instrumental models, allowing further checks and enhanced immunity to systematics. Progress in foreground modelling enables a larger sky fraction. Improvements in processing and instrumental models further reduce uncertainties. For temperature, we perform an analysis of end-to-end instrumental simulations fed into the data processing pipeline; this does not reveal biases from residual instrumental systematics. The $\Lambda$CDM cosmological model continues to offer a very good fit to Planck data. The slope of primordial scalar fluctuations, $n_s$, is confirmed smaller than unity at more than 5{\sigma} from Planck alone. We further validate robustness against specific extensions to the baseline cosmology. E.g., the effective number of neutrino species remains compatible with the canonical value of 3.046. This first detailed analysis of Planck polarization concentrates on E modes. At low $\ell$ we use temperature at all frequencies and a subset of polarization. The frequency range improves CMB-foreground separation. Within the baseline model this requires a reionization optical depth $\tau=0.078\pm0.019$, significantly lower than without high-frequency data for explicit dust monitoring. At high $\ell$ we detect residual errors in E, typically O($\mu$K$^2$); we recommend temperature alone as the high-$\ell$ baseline. Nevertheless, Planck high-$\ell$ polarization allows a separate determination of $\Lambda$CDM parameters consistent with those from temperature alone.

We discuss the measurements of the galaxy cluster mass functions at z ≈ 0.05 and z ≈ 0.5 using high-quality Chandra observations of samples derived from the ROSAT PSPC All-Sky and 400 deg2 surveys. We provide a full reference for the data analysis procedures, present updated calibration of relations between the total cluster mass and its X-ray indicators (TX, Mgas, and YX) based on a subsample of low-z relaxed clusters, and present a first measurement of the evolving LX–Mtot relation (with Mtot estimated from YX) obtained from a well defined statistically complete cluster sample and with appropriate corrections for the Malmquist bias applied. Finally, we present the derived cluster mass functions, estimate the systematic uncertainties in this measurement, and discuss the calculation of the likelihood function. We confidently measure the evolution in the cluster comoving number density at a fixed mass threshold, e.g., by a factor of 5.0 ± 1.2 at M500 = 2.5 × 1014 h−1 M☉ between z = 0 and 0.5. This evolution reflects the growth of density perturbations, and can be used for the cosmological constraints complementing those from the distance–redshift relation.

We study the implications of Planck data for models of dark energy (DE) and modified gravity (MG), beyond the cosmological constant scenario. We start with cases where the DE only directly affects the background evolution, considering Taylor expansions of the equation of state, principal component analysis and parameterizations related to the potential of a minimally coupled DE scalar field. When estimating the density of DE at early times, we significantly improve present constraints. We then move to general parameterizations of the DE or MG perturbations that encompass both effective field theories and the phenomenology of gravitational potentials in MG models. Lastly, we test a range of specific models, such as k-essence, f(R) theories and coupled DE. In addition to the latest Planck data, for our main analyses we use baryonic acoustic oscillations, type-Ia supernovae and local measurements of the Hubble constant. We further show the impact of measurements of the cosmological perturbations, such as redshift-space distortions and weak gravitational lensing. These additional probes are important tools for testing MG models and for breaking degeneracies that are still present in the combination of Planck and background data sets. All results that include only background parameterizations are in agreement with LCDM. When testing models that also change perturbations (even when the background is fixed to LCDM), some tensions appear in a few scenarios: the maximum one found is \sim 2 sigma for Planck TT+lowP when parameterizing observables related to the gravitational potentials with a chosen time dependence; the tension increases to at most 3 sigma when external data sets are included. It however disappears when including CMB lensing.

We present cluster counts and corresponding cosmological constraints from the Planck full mission data set. Our catalogue consists of 439 clusters detected via their Sunyaev-Zeldovich (SZ) signal down to a signal-to-noise ratio of 6, and is more than a factor of 2 larger than the 2013 Planck cluster cosmology sample. The counts are consistent with those from 2013 and yield compatible constraints under the same modelling assumptions. Taking advantage of the larger catalogue, we extend our analysis to the two-dimensional distribution in redshift and signal-to-noise. We use mass estimates from two recent studies of gravitational lensing of background galaxies by Planck clusters to provide priors on the hydrostatic bias parameter, (1−b). In addition, we use lensing of cosmic microwave background (CMB) temperature fluctuations by Planck clusters as an independent constraint on this parameter. These various calibrations imply constraints on the present-day amplitude of matter fluctuations in varying degrees of tension with those from the Planck analysis of primary fluctuations in the CMB; for the lowest estimated values of (1−b) the tension is mild, only a little over one standard deviation, while it remains substantial (3.7σ) for the largest estimated value. We also examine constraints on extensions to the base flat ΛCDM model by combining the cluster and CMB constraints. The combination appears to favour non-minimal neutrino masses, but this possibility does little to relieve the overall tension because it simultaneously lowers the implied value of the Hubble parameter, thereby exacerbating the discrepancy with most current astrophysical estimates. Improving the precision of cluster mass calibrations from the current 10%-level to 1% would significantly strengthen these combined analyses and provide a stringent test of the base ΛCDM model.

We present constraints on cosmological parameters using number counts as a function of redshift for a sub-sample of 189 galaxy clusters from the Planck SZ (PSZ) catalogue. The PSZ is selected through the signature of the Sunyaev-Zeldovich (SZ) effect, and the sub-sample used here has a signal-to-noise threshold of seven, with each object confirmed as a cluster and all but one with a redshift estimate. We discuss the completeness of the sample and our construction of a likelihood analysis. Using a relation between mass M and SZ signal Y calibrated to X-ray measurements, we derive constraints on the power spectrum amplitude σ8 and matter density parameter Ωm in a flat ΛCDM model. We test the robustness of our estimates and find that possible biases in the Y–M relation and the halo mass function are larger than the statistical uncertainties from the cluster sample. Assuming the X-ray determined mass to be biased low relative to the true mass by between zero and 30%, motivated by comparison of the observed mass scaling relations to those from a set of numerical simulations, we find that σ8 = 0.75 ± 0.03, Ωm = 0.29 ± 0.02, and σ8(Ωm/ 0.27)0.3 = 0.764 ± 0.025. The value of σ8 is degenerate with the mass bias; if the latter is fixed to a value of 20% (the central value from numerical simulations) we find σ8(Ωm/0.27)0.3 = 0.78 ± 0.01 and a tighter one-dimensional range σ8 = 0.77 ± 0.02. We find that the larger values of σ8 and Ωm preferred by Planck's measurements of the primary CMB anisotropies can be accommodated by a mass bias of about 40%. Alternatively, consistency with the primary CMB constraints can be achieved by inclusion of processes that suppress power on small scales relative to the ΛCDM model, such as a component of massive neutrinos. We place our results in the context of other determinations of cosmologicalparameters, and discuss issues that need to be resolved in order to make further progress in this field.

Chandra observations of large samples of galaxy clusters detected in X-rays by ROSAT provide a new, robust determination of the cluster mass functions at low and high redshifts. Statistical and systematic errors are now sufficiently small, and the redshift leverage sufficiently large for the mass function evolution to be used as a useful growth of a structure-based dark energy probe. In this paper, we present cosmological parameter constraints obtained from Chandra observations of 37 clusters with 〈z〉 = 0.55 derived from 400 deg2 ROSAT serendipitous survey and 49 brightest z ≈ 0.05 clusters detected in the All-Sky Survey. Evolution of the mass function between these redshifts requires ΩΛ > 0 with a ∼5σ significance, and constrains the dark energy equation-of-state parameter to w0 = −1.14 ± 0.21, assuming a constant w and a flat universe. Cluster information also significantly improves constraints when combined with other methods. Fitting our cluster data jointly with the latest supernovae, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, and baryonic acoustic oscillation measurements, we obtain w0 = −0.991 ± 0.045 (stat) ±0.039 (sys), a factor of 1.5 reduction in statistical uncertainties, and nearly a factor of 2 improvement in systematics compared with constraints that can be obtained without clusters. The joint analysis of these four data sets puts a conservative upper limit on the masses of light neutrinos ∑mν < 0.33 eV at 95% CL. We also present updated measurements of ΩMh and σ8 from the low-redshift cluster mass function.