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.

Abstract We present the results of a set of cosmological N-body simulations with standard ΛCDM cosmology but characterized by a scale-dependent primordial non-Gaussianity of the local type featuring a power-law dependence of the f NL loc ( k ) at large scales followed by a saturation to a constant value at smaller scales where non-linear growth leads to the formation of collapsed cosmic structures. Such models are built to ensure consistency with current Cosmic Microwave Background bounds on primordial non-Gaussianity yet allowing for large effects of the non-Gaussian statistics on the properties of non-linear structure formation. We show the impact of such scale-dependent non-Gaussian scenarios on a wide range of properties of the resulting cosmic structures, such as the non-linear matter power spectrum, the halo and sub-halo mass functions, the concentration-mass relation, the halo and void density profiles, and we highlight for the first time that some of these models might mimic the effects of Warm Dark Matter for several of such observables.

Abstract We apply a suite of different estimators to the Quijote-png halo catalogs to find the best approach to constrain Primordial non-Gaussianity (PNG) at nonlinear cosmological scales, up to k max = 0.5  h   Mpc − 1  . The set of summary statistics considered in our analysis includes the power spectrum, bispectrum, halo mass function, marked power spectrum, and marked modal bispectrum. Marked statistics are used here for the first time in the context of the PNG study. We perform a Fisher analysis to estimate their cosmological information content, showing substantial improvements when marked observables are added to the analysis. Starting from these summaries, we train deep neural networks to perform likelihood-free inference of cosmological and PNG parameters. We assess the performance of different subsets of summary statistics; in the case of f NL equil , we find that a combination of the power spectrum and a suitable marked power spectrum outperforms the combination of power spectrum and bispectrum, the baseline statistics usually employed in PNG analysis. A minimal pipeline to analyze the statistics we identified can be implemented either with our ML algorithm or via more traditional estimators, if these are deemed more reliable.