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 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.

The Multiband Imaging Photometer for Spitzer (MIPS) provides long-wavelength capability for the mission in imaging bands at 24, 70, and 160 μm and measurements of spectral energy distributions between 52 and 100 μm at a spectral resolution of about 7%. By using true detector arrays in each band, it provides both critical sampling of the Spitzer point-spread function and relatively large imaging fields of view, allowing for substantial advances in sensitivity, angular resolution, and efficiency of areal coverage compared with previous space far-infrared capabilities. The 24 μm array has excellent photometric properties, and measurements with rms relative errors of about 1% can be obtained. The two longer-wavelength arrays use detectors with poor photometric stability, but a system of onboard stimulators used for relative calibration, combined with a unique data pipeline, produce good photometry with rms relative errors of less than 10%.

The European Space Agency’s Planck satellite, dedicated to studying the early Universe and its subsequent evolution, was launched 14 May 2009 and has been scanning the microwave and submillimetre sky continuously since 12 August 2009. In March 2013, ESA and the Planck Collaboration released the initial cosmology products based on the first 15.5 months of Planck data, along with a set of scientific and technical papers and a web-based explanatory supplement. This paper gives an overview of the mission and its performance, the processing, analysis, and characteristics of the data, the scientific results, and the science data products and papers in the release. The science products include maps of the cosmic microwave background (CMB) and diffuse extragalactic foregrounds, a catalogue of compact Galactic and extragalactic sources, and a list of sources detected through the Sunyaev-Zeldovich effect. The likelihood code used to assess cosmological models against the Planck data and a lensing likelihood are described. Scientific results include robust support for the standard six-parameter ΛCDM model of cosmology and improved measurements of its parameters, including a highly significant deviation from scale invariance of the primordial power spectrum. The Planck values for these parameters and others derived from them are significantly different from those previously determined. Several large-scale anomalies in the temperature distribution of the CMB, first detected by WMAP, are confirmed with higher confidence. Planck sets new limits on the number and mass of neutrinos, and has measured gravitational lensing of CMB anisotropies at greater than 25σ. Planck finds no evidence for non-Gaussianity in the CMB. Planck’s results agree well with results from the measurements of baryon acoustic oscillations. Planck finds a lower Hubble constant than found in some more local measures. Some tension is also present between the amplitude of matter fluctuations (σ8) derived from CMB data and that derived from Sunyaev-Zeldovich data. The Planck and WMAP power spectra are offset from each other by an average level of about 2% around the first acoustic peak. Analysis of Planck polarization data is not yet mature, therefore polarization results are not released, although the robust detection of E-mode polarization around CMB hot and cold spots is shown graphically.

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.

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.

We present the deepest 100 to 500 μm far-infrared observations obtained with the Herschel Space Observatory as part of the GOODS-Herschel key program, and examine the infrared (IR) 3–500 μm spectral energy distributions (SEDs) of galaxies at 0 < z < 2.5, supplemented by a local reference sample from IRAS, ISO, Spitzer, and AKARI data. We determine the projected star formation densities of local galaxies from their radio and mid-IR continuum sizes.

The European Space Agency's Planck satellite, dedicated to studying the early Universe and its subsequent evolution, was launched 14~May 2009 and scanned the microwave and submillimetre sky continuously between 12~August 2009 and 23~October 2013. In February~2015, ESA and the Planck Collaboration released the second set of cosmology products based on data from the entire Planck mission, including both temperature and polarization, along with a set of scientific and technical papers and a web-based explanatory supplement. This paper gives an overview of the main characteristics of the data and the data products in the release, as well as the associated cosmological and astrophysical science results and papers. The science products include maps of the cosmic microwave background (CMB), the thermal Sunyaev-Zeldovich effect, and diffuse foregrounds in temperature and polarization, catalogues of compact Galactic and extragalactic sources (including separate catalogues of Sunyaev-Zeldovich clusters and Galactic cold clumps), and extensive simulations of signals and noise used in assessing the performance of the analysis methods and assessment of uncertainties. The likelihood code used to assess cosmological models against the Planck data are described, as well as a CMB lensing likelihood. Scientific results include cosmological parameters deriving from CMB power spectra, gravitational lensing, and cluster counts, as well as constraints on inflation, non-Gaussianity, primordial magnetic fields, dark energy, and modified gravity.

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 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.