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)

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.

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.

We present measurements of the cosmic microwave background (CMB) lensing potential using the final Planck 2018 temperature and polarization data. Using polarization maps filtered to account for the noise anisotropy, we increase the significance of the detection of lensing in the polarization maps from 5 σ to 9 σ . Combined with temperature, lensing is detected at 40 σ . We present an extensive set of tests of the robustness of the lensing-potential power spectrum, and construct a minimum-variance estimator likelihood over lensing multipoles 8 ≤ L ≤ 400 (extending the range to lower L compared to 2015), which we use to constrain cosmological parameters. We find good consistency between lensing constraints and the results from the Planck CMB power spectra within the ΛCDM model. Combined with baryon density and other weak priors, the lensing analysis alone constrains σ 8 Ω m 0.25 = 0.589 ± 0.020 (1 σ errors). Also combining with baryon acoustic oscillation data, we find tight individual parameter constraints, σ 8 = 0.811 ± 0.019, H 0 = 67.9 −1.3 +1.2 km s −1 Mpc −1 , and Ω m = 0.303 −0.018 +0.016 . Combining with Planck CMB power spectrum data, we measure σ 8 to better than 1% precision, finding σ 8 = 0.811 ± 0.006. CMB lensing reconstruction data are complementary to galaxy lensing data at lower redshift, having a different degeneracy direction in σ 8 − Ω m space; we find consistency with the lensing results from the Dark Energy Survey, and give combined lensing-only parameter constraints that are tighter than joint results using galaxy clustering. Using the Planck cosmic infrared background (CIB) maps as an additional tracer of high-redshift matter, we make a combined Planck -only estimate of the lensing potential over 60% of the sky with considerably more small-scale signal. We additionally demonstrate delensing of the Planck power spectra using the joint and individual lensing potential estimates, detecting a maximum removal of 40% of the lensing-induced power in all spectra. The improvement in the sharpening of the acoustic peaks by including both CIB and the quadratic lensing reconstruction is detected at high significance.

We analyse the Planck full-mission cosmic microwave background (CMB) temperature and E -mode polarization maps to obtain constraints on primordial non-Gaussianity (NG). We compare estimates obtained from separable template-fitting, binned, and optimal modal bispectrum estimators, finding consistent values for the local, equilateral, and orthogonal bispectrum amplitudes. Our combined temperature and polarization analysis produces the following final results: f NL local = −0.9 ± 5.1; f NL equil = −26 ± 47; and f NL ortho = −38 ± 24 (68% CL, statistical). These results include low-multipole (4 ≤ ℓ < 40) polarization data that are not included in our previous analysis. The results also pass an extensive battery of tests (with additional tests regarding foreground residuals compared to 2015), and they are stable with respect to our 2015 measurements (with small fluctuations, at the level of a fraction of a standard deviation, which is consistent with changes in data processing). Polarization-only bispectra display a significant improvement in robustness; they can now be used independently to set primordial NG constraints with a sensitivity comparable to WMAP temperature-based results and they give excellent agreement. In addition to the analysis of the standard local, equilateral, and orthogonal bispectrum shapes, we consider a large number of additional cases, such as scale-dependent feature and resonance bispectra, isocurvature primordial NG, and parity-breaking models, where we also place tight constraints but do not detect any signal. The non-primordial lensing bispectrum is, however, detected with an improved significance compared to 2015, excluding the null hypothesis at 3.5 σ . Beyond estimates of individual shape amplitudes, we also present model-independent reconstructions and analyses of the Planck CMB bispectrum. Our final constraint on the local primordial trispectrum shape is g NL local = (−5.8 ± 6.5) × 10 4 (68% CL, statistical), while constraints for other trispectrum shapes are also determined. Exploiting the tight limits on various bispectrum and trispectrum shapes, we constrain the parameter space of different early-Universe scenarios that generate primordial NG, including general single-field models of inflation, multi-field models (e.g. curvaton models), models of inflation with axion fields producing parity-violation bispectra in the tensor sector, and inflationary models involving vector-like fields with directionally-dependent bispectra. Our results provide a high-precision test for structure-formation scenarios, showing complete agreement with the basic picture of the ΛCDM cosmology regarding the statistics of the initial conditions, with cosmic structures arising from adiabatic, passive, Gaussian, and primordial seed perturbations.

Analysis of the Planck 2018 data set indicates that the statistical properties of the cosmic microwave background (CMB) temperature anisotropies are in excellent agreement with previous studies using the 2013 and 2015 data releases. In particular, they are consistent with the Gaussian predictions of the ΛCDM cosmological model, yet also confirm the presence of several so-called “anomalies” on large angular scales. The novelty of the current study, however, lies in being a first attempt at a comprehensive analysis of the statistics of the polarization signal over all angular scales, using either maps of the Stokes parameters, Q and U , or the E -mode signal derived from these using a new methodology (which we describe in an appendix). Although remarkable progress has been made in reducing the systematic effects that contaminated the 2015 polarization maps on large angular scales, it is still the case that residual systematics (and our ability to simulate them) can limit some tests of non-Gaussianity and isotropy. However, a detailed set of null tests applied to the maps indicates that these issues do not dominate the analysis on intermediate and large angular scales (i.e., ℓ ≲ 400). In this regime, no unambiguous detections of cosmological non-Gaussianity, or of anomalies corresponding to those seen in temperature, are claimed. Notably, the stacking of CMB polarization signals centred on the positions of temperature hot and cold spots exhibits excellent agreement with the ΛCDM cosmological model, and also gives a clear indication of how Planck provides state-of-the-art measurements of CMB temperature and polarization on degree scales.

We investigate constraints on cosmic reionization extracted from the Planck cosmic microwave background (CMB) data. We combine the Planck CMB anisotropy data in temperature with the low-multipole polarization data to fit ΛCDM models with various parameterizations of the reionization history. We obtain a Thomson optical depth τ = 0.058 ± 0.012 for the commonly adopted instantaneous reionization model. This confirms, with data solely from CMB anisotropies, the low value suggested by combining Planck 2015 results with other data sets, and also reduces the uncertainties. We reconstruct the history of the ionization fraction using either a symmetric or an asymmetric model for the transition between the neutral and ionized phases. To determine better constraints on the duration of the reionization process, we also make use of measurements of the amplitude of the kinetic Sunyaev-Zeldovich (kSZ) effect using additional information from the high-resolution Atacama Cosmology Telescope and South Pole Telescope experiments. The average redshift at which reionization occurs is found to lie between z = 7.8 and 8.8, depending on the model of reionization adopted. Using kSZ constraints and a redshift-symmetric reionization model, we find an upper limit to the width of the reionization period of Δz < 2.8. In all cases, we find that the Universe is ionized at less than the 10% level at redshifts above z ≃ 10. This suggests that an early onset of reionization is strongly disfavoured by the Planck data. We show that this result also reduces the tension between CMB-based analyses and constraints from other astrophysical sources.

This paper describes the identification, modelling, and removal of previously unexplained systematic effects in the polarization data of the Planck High Frequency Instrument (HFI) on large angular scales, including new mapmaking and calibration procedures, new and more complete end-to-end simulations, and a set of robust internal consistency checks on the resulting maps. These maps, at 100, 143, 217, and 353 GHz, are early versions of those that will be released in final form later in 2016. The improvements allow us to determine the cosmic reionization optical depth τ using, for the first time, the low-multipole EE data from HFI, reducing significantly the central value and uncertainty, and hence the upper limit. Two different likelihood procedures are used to constrain τ from two estimators of the CMB E- and B-mode angular power spectra at 100 and 143 GHz, after debiasing the spectra from a small remaining systematic contamination. These all give fully consistent results. A further consistency test is performed using cross-correlations derived from the Low Frequency Instrument maps of the Planck 2015 data release and the new HFI data. For this purpose, end-to-end analyses of systematic effects from the two instruments are used to demonstrate the near independence of their dominant systematic error residuals. The tightest result comes from the HFI-based τ posterior distribution using the maximum likelihood power spectrum estimator from EE data only, giving a value 0.055 ± 0.009. In a companion paper these results are discussed in the context of the best-fit PlanckΛCDM cosmological model and recent models of reionization.

We present full-sky maps of the cosmic microwave background (CMB) and polarized synchrotron and thermal dust emission, derived from the third set of Planck frequency maps. These products have significantly lower contamination from instrumental systematic effects than previous versions. The methodologies used to derive these maps follow those described in earlier papers, adopting four methods (Commander, NILC, SEVEM, and SMICA) to extract the CMB component, as well as three methods (Commander, GNILC, and SMICA) to extract astrophysical components. Our revised CMB temperature maps agree with corresponding products in the Planck 2015 delivery, whereas the polarization maps exhibit significantly lower large-scale power, reflecting the improved data processing described in companion papers; however, the noise properties of the resulting data products are complicated, and the best available end-to-end simulations exhibit relative biases with respect to the data at the few percent level. Using these maps, we are for the first time able to fit the spectral index of thermal dust independently over 3 degree regions. We derive a conservative estimate of the mean spectral index of polarized thermal dust emission of beta_d = 1.55 +/- 0.05, where the uncertainty marginalizes both over all known systematic uncertainties and different estimation techniques. For polarized synchrotron emission, we find a mean spectral index of beta_s = -3.1 +/- 0.1, consistent with previously reported measurements. We note that the current data processing does not allow for construction of unbiased single-bolometer maps, and this limits our ability to extract CO emission and correlated components. The foreground results for intensity derived in this paper therefore do not supersede corresponding Planck 2015 products. For polarization the new results supersede the corresponding 2015 products in all respects.