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 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.

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.

The Planck nominal mission cosmic microwave background (CMB) maps yield unprecedented constraints on primordial non-Gaussianity (NG). Using three optimal bispectrum estimators, separable template-fitting (KSW), binned, and modal, we obtain consistent values for the primordial local, equilateral, and orthogonal bispectrum amplitudes, quoting as our final result fNL^local= 2.7+/-5.8, fNL^equil= -42+/-75, and fNL^ortho= -25+\-39 (68% CL statistical). NG is detected in the data; using skew-C_l statistics we find a nonzero bispectrum from residual point sources, and the ISW-lensing bispectrum at a level expected in the LambdaCDM scenario. The results are based on comprehensive cross-validation of these estimators on Gaussian and non-Gaussian simulations, are stable across component separation techniques, pass an extensive suite of tests, and are confirmed by skew-C_l, wavelet bispectrum and Minkowski functional estimators. Beyond estimates of individual shape amplitudes, we present model-independent, 3-dimensional reconstructions of the Planck CMB bispectrum and thus derive constraints on early-Universe scenarios that generate primordial NG, including general single-field models of inflation, excited initial states (non-Bunch-Davies vacua), and directionally-dependent vector models. We provide an initial survey of scale-dependent feature and resonance models. These results bound both general single-field and multi-field model parameter ranges, such as the speed of sound, c_s \geq 0.02 (95% CL), in an effective field theory parametrization, and the curvaton decay fraction r_D \geq 0.15 (95% CL). The Planck data significantly limit the viable parameter space of the ekpyrotic/cyclic scenarios. The amplitude of the 4-point function in the local model tauNL < 2800 (95% CL). These constraints represent the highest precision tests to date of physical mechanisms for the origin of cosmic structure.

We present the Planck likelihood, a complete statistical description of the two-point correlation function of the CMB temperature fluctuations. We use this likelihood to derive the Planck CMB power spectrum over three decades in l, covering 2 <= l <= 2500. The main source of error at l <= 1500 is cosmic variance. Uncertainties in small-scale foreground modelling and instrumental noise dominate the error budget at higher l's. For l < 50, our likelihood exploits all Planck frequency channels from 30 to 353 GHz through a physically motivated Bayesian component separation technique. At l >= 50, we employ a correlated Gaussian likelihood approximation based on angular cross-spectra derived from the 100, 143 and 217 GHz channels. We validate our likelihood through an extensive suite of consistency tests, and assess the impact of residual foreground and instrumental uncertainties on cosmological parameters. We find good internal agreement among the high-l cross-spectra with residuals of a few uK^2 at l <= 1000. We compare our results with foreground-cleaned CMB maps, and with cross-spectra derived from the 70 GHz Planck map, and find broad agreement in terms of spectrum residuals and cosmological parameters. The best-fit LCDM cosmology is in excellent agreement with preliminary Planck polarisation spectra. The standard LCDM cosmology is well constrained by Planck by l <= 1500. For example, we report a 5.4 sigma deviation from n_s /= 1. Considering various extensions beyond the standard model, we find no indication of significant departures from the LCDM framework. Finally, we report a tension between the best-fit LCDM model and the low-l spectrum in the form of a power deficit of 5-10% at l <~ 40, significant at 2.5-3 sigma. We do not elaborate further on its cosmological implications, but note that this is our most puzzling finding in an otherwise remarkably consistent dataset. (Abridged)

This paper presents an all-sky model of dust emission from the Planck 857, 545 and 353 GHz, and IRAS 100 micron data. Using a modified black-body fit to the data we present all-sky maps of the dust optical depth, temperature, and spectral index over the 353-3000 GHz range. This model is a tight representation of the data at 5 arc min. It shows variations of the order of 30 % compared with the widely-used model of Finkbeiner, Davis, and Schlegel. The Planck data allow us to estimate the dust temperature uniformly over the whole sky, providing an improved estimate of the dust optical depth compared to previous all-sky dust model, especially in high-contrast molecular regions. An increase of the dust opacity at 353 GHz, tau_353/N_H, from the diffuse to the denser interstellar medium (ISM) is reported. It is associated with a decrease in the observed dust temperature, T_obs, that could be due at least in part to the increased dust opacity. We also report an excess of dust emission at HI column densities lower than 10^20 cm^-2 that could be the signature of dust in the warm ionized medium. In the diffuse ISM at high Galactic latitude, we report an anti-correlation between tau_353/N_H and T_obs while the dust specific luminosity, i.e., the total dust emission integrated over frequency (the radiance) per hydrogen atom, stays about constant. The implication is that in the diffuse high-latitude ISM tau_353 is not as reliable a tracer of dust column density as we conclude it is in molecular clouds where the correlation of tau_353 with dust extinction estimated using colour excess measurements on stars is strong. To estimate Galactic E(B-V) in extragalactic fields at high latitude we develop a new method based on the thermal dust radiance, instead of the dust optical depth, calibrated to E(B-V) using reddening measurements of quasars deduced from Sloan Digital Sky Survey data.