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 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.

This paper presents the High Frequency Instrument (HFI) data processing procedures for the Planck 2018 release. Major improvements in mapmaking have been achieved since the previous 2015 release. They enabled the first significant measurement of the reionization optical depth parameter using HFI data. This paper presents an extensive analysis of systematic effects, including the use of simulations to facilitate their removal and characterize the residuals. The polarized data, which presented a number of known problems in the 2015 Planck release, are very significantly improved. Calibration, based on the CMB dipole, is now extremely accurate and in the frequency range 100 to 353 GHz reduces intensity-to-polarization leakage caused by calibration mismatch. The Solar dipole direction has been determined in the three lowest HFI frequency channels to within one arc minute, and its amplitude has an absolute uncertainty smaller than $0.35\mu$K, an accuracy of order $10^{-4}$. This is a major legacy from the HFI for future CMB experiments. The removal of bandpass leakage has been improved by extracting the bandpass-mismatch coefficients for each detector as part of the mapmaking process; these values in turn improve the intensity maps. This is a major change in the philosophy of "frequency maps", which are now computed from single detector data, all adjusted to the same average bandpass response for the main foregrounds. Simulations reproduce very well the relative gain calibration of detectors, as well as drifts within a frequency induced by the residuals of the main systematic effect. Using these simulations, we measure and correct the small frequency calibration bias induced by this systematic effect at the $10^{-4}$ level. There is no detectable sign of a residual calibration bias between the first and second acoustic peaks in the CMB channels, at the $10^{-3}$ level.

We present foreground-reduced CMB maps derived from the full Planck data set in both temperature and polarization. Compared to the corresponding Planck 2013 temperature sky maps, the total data volume is larger by a factor of 3.2 for frequencies between 30 and 70 GHz, and by 1.9 for frequencies between 100 and 857 GHz. In addition, systematic errors in the forms of temperature-to-polarization leakage, analogue-to-digital conversion uncertainties, and very long time constant errors have been dramatically reduced, to the extent that the cosmological polarization signal may now be robustly recovered on angular scales $\ell\gtrsim40$. On the very largest scales, instrumental systematic residuals are still non-negligible compared to the expected cosmological signal, and modes with $\ell < 20$ are accordingly suppressed in the current polarization maps by high-pass filtering. As in 2013, four different CMB component separation algorithms are applied to these observations, providing a measure of stability with respect to algorithmic and modelling choices. The resulting polarization maps have rms instrumental noise ranging between 0.21 and 0.27$\,\mu\textrm{K}$ averaged over 55 arcmin pixels, and between 4.5 and 6.1$\,\mu\textrm{K}$ averaged over 3.4 arcmin pixels. The cosmological parameters derived from the analysis of temperature power spectra are in agreement at the $1\sigma$ level with the Planck 2015 likelihood. Unresolved mismatches between the noise properties of the data and simulations prevent a satisfactory description of the higher-order statistical properties of the polarization maps. Thus, the primary applications of these polarization maps are those that do not require massive simulations for accurate estimation of uncertainties, for instance estimation of cross-spectra and cross-correlations, or stacking analyses.

Using the Planck 2015 data release (PR2) temperature maps, we separate Galactic thermal dust emission from cosmic infrared background (CIB) anisotropies. For this purpose, we implement a specifically tailored component-separation method, the so-called generalized needlet internal linear combination (GNILC) method, which uses spatial information (the angular power spectra) to disentangle the Galactic dust emission and CIB anisotropies. We produce significantly improved all-sky maps of Planck thermal dust emission, with reduced CIB contamination, at 353, 545, and 857 GHz. By reducing the CIB contamination of the thermal dust maps, we provide more accurate estimates of the local dust temperature and dust spectral index over the sky with reduced dispersion, especially at high Galactic latitudes above $b = \pm 20°$. We find that the dust temperature is $T = (19.4 \pm 1.3)$ K and the dust spectral index is $β= 1.6 \pm 0.1$ averaged over the whole sky, while $T = (19.4 \pm 1.5)$ K and $β= 1.6 \pm 0.2$ on 21 % of the sky at high latitudes. Moreover, subtracting the new CIB-removed thermal dust maps from the CMB-removed Planck maps gives access to the CIB anisotropies over 60 % of the sky at Galactic latitudes $|b| > 20°$. Because they are a significant improvement over previous Planck products, the GNILC maps are recommended for thermal dust science. The new CIB maps can be regarded as indirect tracers of the dark matter and they are recommended for exploring cross-correlations with lensing and large-scale structure optical surveys. The reconstructed GNILC thermal dust and CIB maps are delivered as Planck products.