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)

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 Planck full mission cosmic microwave background (CMB) temperature and E-mode polarization maps are analysed to obtain constraints on primordial non-Gaussianity (NG). Using three classes of 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 from temperature alone ƒlocalNL = 2.5 ± 5.7, ƒequilNL= -16 ± 70, , and ƒorthoNL = -34 ± 32 (68% CL, statistical). Combining temperature and polarization data we obtain ƒlocalNL = 0.8 ± 5.0, ƒequilNL= -4 ± 43, and ƒorthoNL = -26 ± 21 (68% CL, statistical). 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 consistent with estimators based on measuring the Minkowski functionals of the CMB. The effect of time-domain de-glitching systematics on the bispectrum is negligible. In spite of these test outcomes we conservatively label the results including polarization data as preliminary, owing to a known mismatch of the noise model in simulations and the data. Beyond estimates of individual shape amplitudes, we present model-independent, three-dimensional reconstructions of the Planck CMB bispectrum and derive constraints on early universe scenarios that generate primordial NG, including general single-field models of inflation, axion inflation, initial state modifications, models producing parity-violating tensor bispectra, and directionally dependent vector models. We present a wide survey of scale-dependent feature and resonance models, accounting for the “look elsewhere” effect in estimating the statistical significance of features. We also look for isocurvature NG, and find no signal, but we obtain constraints that improve significantly with the inclusion of polarization. The primordial trispectrum amplitude in the local model is constrained to be 𝓰localNL = (-0.9 ± 7.7 ) X 104(68% CL statistical), and we perform an analysis of trispectrum shapes beyond the local case. The global picture that emerges is one of consistency with the premises of the ΛCDM cosmology, namely that the structure we observe today was sourced by 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.

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.

Planck has mapped the microwave sky in nine frequency bands between 30 and 857 GHz in temperature and seven bands between 30 and 353 GHz in polarization. In this paper we consider the problem of diffuse astrophysical component separation, and process these maps within a Bayesian framework to derive a consistent set of full-sky astrophysical component maps. For the temperature analysis, we combine the Planck observations with the 9-year WMAP sky maps and the Haslam et al. 408 MHz map to derive a joint model of CMB, synchrotron, free-free, spinning dust, CO, line emission in the 94 and 100 GHz channels, and thermal dust emission. Full-sky maps are provided with angular resolutions varying between 7.5 arcmin and 1 deg. Global parameters (monopoles, dipoles, relative calibration, and bandpass errors) are fitted jointly with the sky model, and best-fit values are tabulated. For polarization, the model includes CMB, synchrotron, and thermal dust emission. These models provide excellent fits to the observed data, with rms temperature residuals smaller than 4 uK over 93% of the sky for all Planck frequencies up to 353 GHz, and fractional errors smaller than 1% in the remaining 7% of the sky. The main limitations of the temperature model at the lower frequencies are degeneracies among the spinning dust, free-free, and synchrotron components; additional observations from external low-frequency experiments will be essential to break these. The main limitations of the temperature model at the higher frequencies are uncertainties in the 545 and 857 GHz calibration and zero-points. For polarization, the main outstanding issues are instrumental systematics in the 100-353 GHz bands on large angular scales in the form of temperature-to-polarization leakage, uncertainties in the analog-to-digital conversion, and very long time constant corrections, all of which are expected to improve in the near future.

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.

We present the most significant measurement of the cosmic microwave background (CMB) lensing potential to date (at a level of 40σ), using temperature and polarization data from the Planck 2015 full-mission release. Using a polarization-only estimator, we detect lensing at a significance of 5σ. We cross-check the accuracy of our measurement using the wide frequency coverage and complementarity of the temperature and polarization measurements. Public products based on this measurement include an estimate of the lensing potential over approximately 70% of the sky, an estimate of the lensing potential power spectrum in bandpowers for the multipole range 40 ≤ L ≤ 400, and an associated likelihood for cosmological parameter constraints. We find good agreement between our measurement of the lensing potential power spectrum and that found in the ΛCDM model that best fits the Planck temperature and polarization power spectra. Using the lensing likelihood alone we obtain a percent-level measurement of the parameter combination σ8Ω0.25m = 0.591 ± 0.021. We combine our determination of the lensing potential with the E-mode polarization, also measured by Planck, to generate an estimate of the lensing B-mode. We show that this lensing B-mode estimate is correlated with the B-modes observed directly by Planck at the expected level and with a statistical significance of 10σ, confirming Planck’s sensitivity to this known sky signal. We also correlate our lensing potential estimate with the large-scale temperature anisotropies, detecting a cross-correlation at the 3σ level, as expected because of dark energy in the concordance ΛCDM model.

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.