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.

An all sky map of the apparent temperature and optical depth of thermal dust emission is constructed using the Planck-HFI (350μm to 2 mm) andIRAS(100μm) data. The optical depth maps are correlated with tracers of the atomic (Hi) and molecular gas traced by CO. The correlation with the column density of observed gas is linear in the lowest column density regions at high Galactic latitudes. At high NH, the correlation is consistent with that of the lowest NH, for a given choice of the CO-to-H2 conversion factor. In the intermediate NH range, a departure from linearity is observed, with the dust optical depth in excess of the correlation. This excess emission is attributed to thermal emission by dust associated with a dark gas phase, undetected in the available Hi and CO surveys. The 2D spatial distribution of the dark gas in the solar neighbourhood (|bII| > 10°) is shown to extend around known molecular regions traced by CO. The average dust emissivity in the Hi phase in the solar neighbourhood is found to be τD/NHtot = 5.2×10-26 cm2 at 857 GHz. It follows roughly a power law distribution with a spectral index β = 1.8 all the way down to 3 mm, although the SED flattens slightly in the millimetre. Taking into account the spectral shape of the dust optical depth, the emissivity is consistent with previous values derived fromFIRAS measurements at high latitudes within 10%. The threshold for the existence of the dark gas is found at NHtot = (8.0±0.58)×1020 H cm−2 (AV = 0.4mag). Assuming the same high frequency emissivity for the dust in the atomic and the molecular phases leads to an average XCO = (2.54 ± 0.13) × 1020 H2 cm-2/(K km s-1). The mass of dark gas is found to be 28% of the atomic gas and 118% of the CO emitting gas in the solar neighbourhood. The Galactic latitude distribution shows that its mass fraction is relatively constant down to a few degrees from the Galactic plane. A possible explanation for the dark gas lies in a dark molecular phase, where H2 survives photodissociation but CO does not. The observed transition for the onsetof this phase in the solar neighbourhood (AV = 0.4mag) appears consistent with recent theoretical predictions. It is also possible that up to half of the dark gas could be in atomic form, due to optical depth effects in the Hi measurements.

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.

We test the statistical isotropy and Gaussianity of the cosmic microwave background (CMB) anisotropies using observations made by the Planck satellite. Our results are based mainly on the full Planck mission for temperature, but also include some polarization measurements. In particular, we consider the CMB anisotropy maps derived from the multi-frequency Planck data by several component-separation methods. For the temperature anisotropies, we find excellent agreement between results based on these sky maps over both a very large fraction of the sky and a broad range of angular scales, establishing that potential foreground residuals do not affect our studies. Tests of skewness, kurtosis, multi-normality, N-point functions, and Minkowski functionals indicate consistency with Gaussianity, while a power deficit at large angular scales is manifested in several ways, for example low map variance. The results of a peak statistics analysis are consistent with the expectations of a Gaussian random field. The "Cold Spot" is detected with several methods, including map kurtosis, peak statistics, and mean temperature profile. We thoroughly probe the large-scale dipolar power asymmetry, detecting it with several independent tests, and address the subject of a posteriori correction. Tests of directionality suggest the presence of angular clustering from large to small scales, but at a significance that is dependent on the details of the approach. We perform the first examination of polarization data, finding the morphology of stacked peaks to be consistent with the expectations of statistically isotropic simulations. Where they overlap, these results are consistent with the Planck 2013 analysis based on the nominal mission data and provide our most thorough view of the statistics of the CMB fluctuations to date.

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.

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.

The European Space Agency's Planck satellite was launched on 14 May 2009, and has been surveying the sky stably and continuously since 13 August 2009. Its performance is well in line with expectations, and it will continue to gather scientific data until the end of its cryogenic lifetime. We give an overview of the history of Planck in its first year of operations, and describe some of the key performance aspects of the satellite. This paper is part of a package submitted in conjunction with Planck's Early Release Compact Source Catalogue, the first data product based on Planck to be released publicly. The package describes the scientific performance of the Planck payload, and presents results on a variety of astrophysical topics related to the sources included in the Catalogue, as well as selected topics on diffuse emission.

We have constructed all-sky y-maps of the thermal Sunyaev-Zeldovich (tSZ) effect by applying specifically tailored component separation algorithms to the 30 to 857 GHz frequency channel maps from the Planck satellite survey. These reconstructed y-maps are delivered as part of the Planck 2015 release. The y-maps are characterised in terms of noise properties and residual foreground contamination, mainly thermal dust emission at large angular scales and CIB and extragalactic point sources at small angular scales. Specific masks are defined to minimize foreground residuals and systematics. Using these masks we compute the y-map angular power spectrum and higher order statistics. From these we conclude that the y-map is dominated by tSZ signal in the multipole range, 20-600. We compare the measured tSZ power spectrum and higher order statistics to various physically motivated models and discuss the implications of our results in terms of cluster physics and cosmology.