Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que esteu utilitzant té compatibilitat limitada amb CSS. Per a una millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). Mentrestant, per garantir el suport continu, renderem el lloc web sense estils ni JavaScript.
Volàtils i rics en matèria orgànica, els asteroides de tipus C poden ser una de les principals fonts d'aigua a la Terra. Actualment, les condrites amb carboni donen la millor idea de la seva composició química, però la informació sobre els meteorits està distorsionada: només els tipus més duradors sobreviuen en entrar a l'atmosfera i després interactuar amb l'entorn terrestre. Aquí presentem els resultats d'un estudi volumètric i microanalític detallat de la partícula primària Ryugu lliurada a la Terra per la nau espacial Hayabusa-2. Les partícules Ryugu mostren una composició propera a les condrites CI (tipus Iwuna) químicament no fraccionades però alterades per l'aigua, que s'utilitzen àmpliament com a indicador de la composició general del sistema solar. Aquest exemplar mostra una relació espacial complexa entre els orgànics alifàtics rics i els silicats en capes i indica una temperatura màxima d'uns 30 °C durant l'erosió de l'aigua. Vam trobar una abundància de deuteri i diazoni consistent amb un origen extrasolar. Les partícules Ryugu són el material alienígena més incontaminat i inseparable mai estudiat i s'adapten millor a la composició general del sistema solar.
Del juny de 2018 al novembre de 2019, la nau espacial Hayabusa2 de l'Agència d'Exploració Aeroespacial del Japó (JAXA) va dur a terme un extens estudi remot de l'asteroide Ryugu. Les dades de l'Espectròmetre d'Infraroig Proxim (NIRS3) de Hayabusa-2 suggereixen que Ryugu podria estar compost d'un material similar a les condrites carbonoses metamòrfiques tèrmicament i/o de xoc. La coincidència més propera és la condrita CY (tipus Yamato) 2. El baix albedo de Ryugu es pot explicar per la presència d'un gran nombre de components rics en carboni, així com per la mida de les partícules, la porositat i els efectes de la meteorització espacial. La nau espacial Hayabusa-2 va fer dos aterratges i recollida de mostres a Ryuga. Durant el primer aterratge, el 21 de febrer de 2019, es va obtenir material superficial, que es va emmagatzemar al compartiment A de la càpsula de retorn, i durant el segon aterratge, l'11 de juliol de 2019, es va recollir material prop d'un cràter artificial format per un petit impactador portàtil. Aquestes mostres s'emmagatzemen a la sala C. La caracterització no destructiva inicial de les partícules de la fase 1 en cambres especials, no contaminades i plenes de nitrogen pur en instal·lacions gestionades per JAXA va indicar que les partícules de Ryugu eren més similars a les condrites CI4 i presentaven "diversos nivells de variació"3. La classificació aparentment contradictòria de Ryugu, similar a les condrites CY o CI, només es pot resoldre mitjançant una caracterització isotòpica, elemental i mineralògica detallada de les partícules de Ryugu. Els resultats presentats aquí proporcionen una base sòlida per determinar quina d'aquestes dues explicacions preliminars per a la composició general de l'asteroide Ryugu és la més probable.
Vuit grànuls de Ryugu (aproximadament 60 mg en total), quatre de la Cambra A i quatre de la Cambra C, van ser assignats a la Fase 2 per gestionar l'equip de Kochi. L'objectiu principal de l'estudi és dilucidar la naturalesa, l'origen i la història evolutiva de l'asteroide Ryugu, i documentar similituds i diferències amb altres espècimens extraterrestres coneguts com ara condrites, partícules de pols interplanetària (IDP) i cometes que tornen. Mostres recollides per la missió Stardust de la NASA.
L'anàlisi mineralògica detallada de cinc grans de Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 i C0068) va mostrar que estan compostos principalment per fil·losilicats de gra fi i gruixut (~64–88% en volum; Fig. 1a, b, Fig. suplementària 1). i taula addicional 1). Els fil·losilicats de gra gruixut es presenten com a agregats pinnats (de fins a desenes de micres de mida) en matrius riques en fil·losilicats de gra fi (de menys d'unes poques micres de mida). Les partícules de silicat en capes són simbionts serpentina-saponita (Fig. 1c). El mapa (Si + Al)-Mg-Fe també mostra que la matriu de silicat en capes a granel té una composició intermèdia entre la serpentina i la saponita (Fig. 2a, b). La matriu de fil·losilicats conté minerals de carbonat (~2–21 vol.%), minerals de sulfur (~2,4–5,5 vol.%) i magnetita (~3,6–6,8 vol.%). Una de les partícules examinades en aquest estudi (C0009) contenia una petita quantitat (~0,5 vol.%) de silicats anhidres (olivina i piroxè), cosa que pot ajudar a identificar el material original que componia la pedra de Ryugu en brut5. Aquest silicat anhidre és rar en els grànuls de Ryugu i només es va identificar positivament en el grànul C0009. Els carbonats són presents a la matriu com a fragments (menys d'uns pocs centenars de micres), principalment dolomita, amb petites quantitats de carbonat de calci i brinella. La magnetita es presenta com a partícules aïllades, framboides, plaques o agregats esfèrics. Els sulfurs estan representats principalment per pirrotina en forma de prismes/plaques o llistons hexagonals irregulars. La matriu conté una gran quantitat de pentlandita submicrònica o en combinació amb pirrotina. Les fases riques en carboni (de mida <10 µm) es troben de manera ubicua a la matriu rica en fil·losilicats. Les fases riques en carboni (de mida <10 µm) es troben de manera ubicua a la matriu rica en fil·losilicats. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой филлосиликатататрат. Les fases riques en carboni (de mida <10 µm) es troben de manera ubicua a la matriu rica en fil·losilicats.富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。 Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) преобладают в богатой филлосиликатами матрице. Les fases riques en carboni (de mida <10 µm) predominen a la matriu rica en fil·losilicats.Altres minerals auxiliars es mostren a la Taula Suplementària 1. La llista de minerals determinada a partir del patró de difracció de raigs X de la barreja C0087 i A0029 i A0037 és molt coherent amb la determinada a la condrita CI (Orgueil), però difereix molt de les condrites CY i CM (tipus Mighei) (Figura 1 amb dades ampliades i Figura Suplementària 2). El contingut total d'elements dels grans de Ryugu (A0098, C0068) també és coherent amb la condrita 6 CI (dades ampliades, Fig. 2 i Taula Suplementària 2). En canvi, les condrites CM estan empobrides en elements moderadament i altament volàtils, especialment Mn i Zn, i més altes en elements refractaris7. Les concentracions d'alguns elements varien molt, cosa que pot ser un reflex de l'heterogeneïtat inherent de la mostra a causa de la petita mida de les partícules individuals i el biaix de mostreig resultant. Totes les característiques petrològiques, mineralògiques i elementals indiquen que els grans de Ryugu són molt similars a les condrites CI8,9,10. Una excepció notable és l'absència de ferrihidrita i sulfat en els grans de Ryugu, cosa que suggereix que aquests minerals a les condrites CI es van formar per meteorització terrestre.
a, Imatge composta de raigs X de la secció polida en sec C0068 de Mg Kα (vermell), Ca Kα (verd), Fe Kα (blau) i S Kα (groc). La fracció consisteix en silicats en capes (vermell: ~88% vol%), carbonats (dolomita; verd clar: ~1,6% vol%), magnetita (blau: ~5,3% vol%) i sulfurs (groc: sulfur = ~2,5% vol). assaig. b, imatge de la regió del contorn en electrons retrodispersats en a. Bru – immadur; Dole – dolomita; FeS és sulfur de ferro; Mag – magnetita; suc – esteatita; Srp – serpentina. c, imatge de microscòpia electrònica de transmissió (TEM) d'alta resolució d'un intercreixement típic de saponita-serpentina que mostra bandes de xarxa de serpentina i saponita de 0,7 nm i 1,1 nm, respectivament.
La composició de la matriu i el silicat en capes (en %) de les partícules de Ryugu A0037 (cercles vermells sòlids) i C0068 (cercles blaus sòlids) es mostra en el sistema ternari (Si+Al)-Mg-Fe. a, Resultats de la microanàlisi amb sonda d'electrons (EPMA) representats gràficament contra les condrites CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16 que es mostren en gris per a la seva comparació. b, Anàlisi de TEM d'escaneig (STEM) i espectroscòpia de raigs X per dispersió d'energia (EDS) que es mostra per a la seva comparació amb els meteorits Orgueil9 i Murchison46 i l'IDP47 hidratat. Es van analitzar els fil·losilicats de gra fi i gruixut, evitant petites partícules de sulfur de ferro. Les línies de punts a a i b mostren les línies de dissolució de saponita i serpentina. La composició rica en ferro a a pot ser deguda a grans de sulfur de ferro submicrònics dins dels grans de silicat en capes, cosa que no es pot excloure per la resolució espacial de l'anàlisi EPMA. Els punts de dades amb un contingut de Si més alt que la saponita de b poden ser causats per la presència de material ric en silici amorf de mida nanomètrica als intersticis de la capa de fil·losilicat. Nombre d'anàlisis: N=69 per a A0037, N=68 per a EPMA, N=68 per a C0068, N=19 per a A0037 i N=27 per a C0068 per a STEM-EDS. c, mapa d'isòtops de la partícula trioxi Ryugu C0014-4 en comparació amb els valors de condrites CI (Orgueil), CY (Y-82162) i dades de la literatura (CM i C2-ung)41,48,49. Hem obtingut dades per als meteorits Orgueil i Y-82162. CCAM és una línia de minerals de condrites carbonoses anhidres, TFL és una línia divisòria de terres. d, mapes Δ17O i δ18O de la partícula de Ryugu C0014-4, la condrita CI (Orgueil) i la condrita CY (Y-82162) (aquest estudi). Δ17O_Ryugu: El valor de Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Valor mitjà de Δ17O per a Orgueil. Δ17O_Y-82162: Valor mitjà de Δ17O per a Y-82162. També es mostren dades de CI i CY de la literatura 41, 48, 49 per a la seva comparació.
L'anàlisi isotòpica massiva de l'oxigen es va realitzar en una mostra d'1,83 mg de material extret de C0014 granular mitjançant fluoració làser (Mètodes). A tall de comparació, vam executar set còpies d'Orgueil (CI) (massa total = 8,96 mg) i set còpies de Y-82162 (CY) (massa total = 5,11 mg) (Taula suplementària 3).
A la figura 2d es mostra una clara separació de Δ17O i δ18O entre les partícules mitjanes en pes d'Orgueil i Ryugu en comparació amb Y-82162. El Δ17O de la partícula Ryugu C0014-4 és més alt que el de la partícula Orgeil, tot i la superposició a 2 desviacions estàndard. Les partícules de Ryugu tenen valors de Δ17O més alts en comparació amb Orgeil, cosa que pot reflectir la contaminació terrestre d'aquest últim des de la seva caiguda el 1864. La meteorització en l'entorn terrestre11 necessàriament resulta en la incorporació d'oxigen atmosfèric, cosa que acosta l'anàlisi general a la línia de fraccionament terrestre (TFL). Aquesta conclusió és coherent amb les dades mineralògiques (comentades anteriorment) que els grans de Ryugu no contenen hidrats ni sulfats, mentre que Orgeil sí que en contenen.
Basant-se en les dades mineralògiques anteriors, aquests resultats donen suport a una associació entre els grans de Ryugu i les condrites CI, però descarten una associació de les condrites CY. El fet que els grans de Ryugu no estiguin associats amb les condrites CY, que mostren signes clars de mineralogia de deshidratació, és desconcertant. Les observacions orbitals de Ryugu semblen indicar que ha experimentat deshidratació i, per tant, probablement està composta de material CY. Les raons d'aquesta aparent diferència no romanen clares. Una anàlisi d'isòtops d'oxigen d'altres partícules de Ryugu es presenta en un article complementari 12. Tanmateix, els resultats d'aquest conjunt de dades ampliat també són consistents amb l'associació entre les partícules de Ryugu i les condrites CI.
Mitjançant tècniques de microanàlisi coordinades (Fig. suplementària 3), vam examinar la distribució espacial del carboni orgànic sobre tota la superfície de la fracció de feix d'ions enfocat (FIB) C0068.25 (Figs. 3a-f). Espectres d'absorció de raigs X d'estructura fina del carboni (NEXAFS) a la vora propera de la secció C0068.25 que mostren diversos grups funcionals: aromàtics o C=C (285.2 eV), C=O (286.5 eV), CH₄ (287.5 eV) i C(=O)O₂ (288.8 eV); l'estructura del grafè és absent a 291.7 eV (Fig. 3a), cosa que significa un baix grau de variació tèrmica. El fort pic de CH₄ (287.5 eV) dels compostos orgànics parcials de C0068.25 difereix dels compostos orgànics insolubles de les condrites carbonoses estudiades anteriorment i és més similar a les partícules IDP14 i cometàries obtingudes per la missió Stardust. Un pic CH fort a 287,5 eV i un pic aromàtic o C=C molt feble a 285,2 eV indiquen que els compostos orgànics són rics en compostos alifàtics (Fig. 3a i Fig. Suplementària 3a). Les zones riques en compostos orgànics alifàtics es localitzen en fil·losilicats de gra gruixut, així com en zones amb una estructura de carboni aromàtica pobra (o C=C) (Fig. 3c,d). En canvi, A0037,22 (Fig. Suplementària 3) va mostrar parcialment un contingut més baix de regions riques en carboni alifàtic. La mineralogia subjacent d'aquests grans és rica en carbonats, similar a la condrita CI 16, cosa que suggereix una alteració extensa de l'aigua de font (Taula Suplementària 1). Les condicions oxidants afavoriran concentracions més altes de grups funcionals carbonil i carboxil en compostos orgànics associats amb carbonats. La distribució submicrònica de compostos orgànics amb estructures de carboni alifàtiques pot ser molt diferent de la distribució dels silicats en capes de gra gruixut. Al meteorit del llac Tagish es van trobar indicis de compostos orgànics alifàtics associats amb fil·losilicat-OH. Les dades microanalítiques coordinades suggereixen que la matèria orgànica rica en compostos alifàtics pot estar molt estesa en els asteroides de tipus C i estretament associada amb els fil·losilicats. Aquesta conclusió és coherent amb informes anteriors de CH alifàtics/aromàtics en partícules de Ryugu demostrats per MicroOmega, un microscopi hiperespectral d'infraroig proper. Una qüestió important i no resolta és si les propietats úniques dels compostos orgànics alifàtics rics en carboni associats amb els fil·losilicats de gra gruixut observats en aquest estudi es troben només a l'asteroide Ryugu.
a, Espectres de carboni NEXAFS normalitzats a 292 eV a la regió rica en aromàtiques (C=C) (vermell), a la regió rica en alifàtiques (verd) i a la matriu (blau). La línia grisa és l'espectre orgànic insoluble de Murchison 13 per a la comparació. au, unitat d'arbitratge. b, Imatge espectral de microscòpia de raigs X de transmissió d'escombratge (STXM) d'una vora K de carboni que mostra que la secció està dominada pel carboni. c, Gràfic compost RGB amb regions riques en aromàtiques (C=C) (vermell), regions riques en alifàtiques (verd) i matriu (blau). d, els compostos orgànics rics en compostos alifàtics es concentren en fil·losilicat de gra gruixut, l'àrea s'amplia a partir dels requadres blancs puntejats a b i c. e, grans nanosferes (ng-1) a l'àrea ampliades a partir del requadre blanc puntejat a b i c. Per a: pirrotita. Pn: níquel-cromita. f, Espectrometria de masses d'ions secundaris a nanoescala (NanoSIMS), imatges elementals d'hidrogen (1H), carboni (12C) i nitrogen (12C14N), imatges de la relació d'elements 12C/1H i imatges d'isòtops creuats δD, δ13C i δ15N – Secció PG-1: grafit presolar amb enriquiment extrem en 13C (Taula suplementària 4).
Els estudis cinètics de la degradació de la matèria orgànica en els meteorits de Murchison poden proporcionar informació important sobre la distribució heterogènia de la matèria orgànica alifàtica rica en grans de Ryugu. Aquest estudi mostra que els enllaços CH alifàtics en la matèria orgànica persisteixen fins a una temperatura màxima d'uns 30 °C al progenitor i/o canvien amb les relacions temps-temperatura (per exemple, 200 anys a 100 °C i 0 °C 100 milions d'anys). Si el precursor no s'escalfa a una temperatura determinada durant més d'un cert temps, es pot preservar la distribució original dels compostos orgànics alifàtics rics en fil·losilicats. Tanmateix, els canvis en l'aigua de la roca font poden complicar aquesta interpretació, ja que l'A0037, ric en carbonats, no mostra cap regió alifàtica rica en carboni associada amb els fil·losilicats. Aquest canvi de baixa temperatura correspon aproximadament a la presència de feldespat cúbic en els grans de Ryugu (Taula suplementària 1) 20.
La fracció C0068.25 (ng-1; Figs. 3a–c,e) conté una nanosfera gran que mostra espectres altament aromàtics (o C=C), moderadament alifàtics i febles de C(=O)O i C=O. La signatura del carboni alifàtic no coincideix amb la signatura dels compostos orgànics insolubles a granel ni de les nanosferes orgàniques associades amb les condrites (Fig. 3a) 17,21. L'anàlisi espectroscòpica Raman i infraroja de les nanosferes del llac Tagish va mostrar que consisteixen en compostos orgànics alifàtics i oxidats i compostos orgànics aromàtics policíclics desordenats amb una estructura complexa 22,23. Com que la matriu circumdant conté compostos orgànics rics en compostos alifàtics, la signatura del carboni alifàtic a ng-1 pot ser un artefacte analític. Curiosament, ng-1 conté silicats amorfs incrustats (Fig. 3e), una textura que encara no s'ha descrit per a cap compost orgànic extraterrestre. Els silicats amorfs poden ser components naturals de ng-1 o resultar de l'amorfització de silicats aquosos/anhidres per un feix d'ions i/o electrons durant l'anàlisi.
Les imatges d'ions NanoSIMS de la secció C0068.25 (Fig. 3f) mostren canvis uniformes en δ13C i δ15N, excepte per als grans presolars amb un gran enriquiment en 13C de 30.811‰ (PG-1 a la imatge δ13C de la Fig. 3f) (Taula suplementària 4). Les imatges de gra elementals de raigs X i les imatges TEM d'alta resolució només mostren la concentració de carboni i la distància entre els plans basals de 0,3 nm, que correspon al grafit. Cal destacar que els valors de δD (841 ± 394‰) i δ15N (169 ± 95‰), enriquits en matèria orgànica alifàtica associada a fil·losilicats de gra gruixut, resulten ser lleugerament superiors a la mitjana de tota la regió C (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) en C0068.25 (Taula suplementària 4). Aquesta observació suggereix que els compostos orgànics rics en alifàtics en els fil·losilicats de gra gruixut poden ser més primitius que els compostos orgànics circumdants, ja que aquests últims poden haver experimentat un intercanvi isotòpic amb l'aigua circumdant en el cos original. Alternativament, aquests canvis isotòpics també poden estar relacionats amb el procés de formació inicial. S'interpreta que els silicats en capes de gra fi en les condrites CI es van formar com a resultat de l'alteració contínua dels cúmuls originals de silicats anhidres de gra gruixut. La matèria orgànica rica en alifàtics pot haver-se format a partir de molècules precursores en el disc protoplanetari o el medi interestel·lar abans de la formació del sistema solar, i després es va alterar lleugerament durant els canvis d'aigua del cos pare Ryugu (gran). La mida (<1,0 km2) de Ryugu és massa petita per mantenir prou la calor interna perquè l'alteració aquosa formi minerals hidratats25. La mida (<1,0 km2) de Ryugu és massa petita per mantenir una calor interna suficient perquè l'alteració aquosa formi minerals hidratats25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутренне тепло ним для но живать образованием водных минералов25. Mida (<1,0 km) Ryugu és massa petit per mantenir prou calor interna perquè l'aigua canviï per formar minerals d'aigua25. Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成含维维持内部热量以进行水蚀变形成含氩2矿氩25 Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成含维维持内部热量以进行水蚀变形成含氩2矿氩25 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для измененения зодинения водерживать водных минералов25. La mida de Ryugu (<1,0 km2) és massa petita per suportar la calor interna per canviar l'aigua i formar minerals d'aigua25.Per tant, poden ser necessaris predecessors de Ryugu de desenes de quilòmetres de mida. La matèria orgànica rica en compostos alifàtics pot conservar les seves proporcions isotòpiques originals a causa de l'associació amb fil·losilicats de gra gruixut. Tanmateix, la naturalesa exacta dels portadors pesants isotòpics continua sent incerta a causa de la barreja complexa i delicada dels diversos components d'aquestes fraccions de FIB. Poden ser substàncies orgàniques riques en compostos alifàtics en grànuls de Ryugu o fil·losilicats gruixuts que els envolten. Cal tenir en compte que la matèria orgànica de gairebé totes les condrites carbonoses (incloses les condrites CI) tendeix a ser més rica en D que en els fil·losilicats, amb l'excepció dels meteorits CM Paris 24, 26.
Gràfics de volum δD i δ15N de les llesques de FIB obtingudes per a les llesques de FIB A0002.23 i A0002.26, A0037.22 i A0037.23 i les llesques de FIB C0068.23, C0068.25 i C0068.26 (un total de set llesques de FIB de tres partícules de Ryugu). Una comparació de NanoSIMS amb altres objectes del sistema solar es mostra a la figura 4 (Taula suplementària 4)27,28. Els canvis de volum en δD i δ15N en els perfils A0002, A0037 i C0068 són consistents amb els de l'IDP, però superiors a les condrites CM i CI (Fig. 4). Cal tenir en compte que el rang de valors de δD per a la mostra del Cometa 29 (-240 a 1655‰) és més gran que el de Ryugu. Els volums δD i δ15N dels perfils de Ryukyu són, per regla general, més petits que la mitjana dels cometes de la família de Júpiter i del núvol d'Oort (Fig. 4). Els valors més baixos de δD de les condrites CI poden reflectir la influència de la contaminació terrestre en aquestes mostres. Donades les similituds entre Bells, el llac Tagish i l'IDP, la gran heterogeneïtat en els valors de δD i δN en les partícules de Ryugu pot reflectir canvis en les signatures isotòpiques inicials de les composicions orgàniques i aquoses del sistema solar primerenc. Els canvis isotòpics similars en δD i δN en les partícules de Ryugu i IDP suggereixen que ambdues podrien haver-se format a partir de material de la mateixa font. Es creu que les IDP provenen de fonts cometàries 14. Per tant, Ryugu pot contenir material semblant a un cometa i/o almenys del sistema solar exterior. Tanmateix, això pot ser més difícil del que afirmem aquí a causa de (1) la barreja d'aigua esferúlica i rica en D al cos original 31 i (2) la relació D/H del cometa en funció de l'activitat cometària 32. Tanmateix, les raons de l'heterogeneïtat observada dels isòtops d'hidrogen i nitrogen a les partícules de Ryugu no s'entenen completament, en part a causa del nombre limitat d'anàlisis disponibles avui dia. Els resultats dels sistemes d'isòtops d'hidrogen i nitrogen encara plantegen la possibilitat que Ryugu contingui la major part del material de fora del Sistema Solar i, per tant, pugui mostrar certa similitud amb els cometes. El perfil de Ryugu no va mostrar cap correlació aparent entre δ13C i δ15N (Taula suplementària 4).
La composició isotòpica global d'H i N de les partícules de Ryugu (cercles vermells: A0002, A0037; cercles blaus: C0068) es correlaciona amb la magnitud solar 27, la família mitjana de Júpiter (JFC27) i els cometes del núvol d'Oort (OCC27), IDP28 i els còndruls carbonosos. Comparació del meteorit 27 (CI, CM, CR, C2-ung). La composició isotòpica es dóna a la Taula Suplementària 4. Les línies de punts són els valors isotòpics terrestres de H i N.
El transport de volàtils (per exemple, matèria orgànica i aigua) a la Terra continua sent una preocupació26,27,33. La matèria orgànica submicrònica associada amb fil·losilicats gruixuts en partícules de Ryugu identificades en aquest estudi pot ser una font important de volàtils. La matèria orgànica en fil·losilicats de gra gruixut està més ben protegida de la degradació16,34 i la descomposició35 que la matèria orgànica en matrius de gra fi. La composició isotòpica més pesada de l'hidrogen a les partícules significa que és poc probable que siguin l'única font de volàtils transportats a la Terra primitiva. Es poden barrejar amb components amb una composició isotòpica d'hidrogen més lleugera, tal com es va proposar recentment en la hipòtesi de la presència d'aigua impulsada pel vent solar en silicats.
En aquest estudi, mostrem que els meteorits CI, malgrat la seva importància geoquímica com a representants de la composició general del sistema solar,6,10 són mostres terrestres contaminades. També proporcionem proves directes d'interaccions entre matèria orgànica alifàtica rica i minerals hidratats veïns i suggerim que Ryugu pot contenir material extrasolar37. Els resultats d'aquest estudi demostren clarament la importància del mostreig directe de protoasteroides i la necessitat de transportar les mostres retornades en condicions completament inertes i estèrils. Les proves presentades aquí mostren que les partícules de Ryugu són sens dubte un dels materials del sistema solar més incontaminats disponibles per a la investigació de laboratori, i un estudi més aprofundit d'aquestes precioses mostres sens dubte ampliarà la nostra comprensió dels processos primerencs del sistema solar. Les partícules de Ryugu són la millor representació de la composició general del sistema solar.
Per determinar la microestructura complexa i les propietats químiques de mostres a escala submicrònica, vam utilitzar tomografia computada basada en radiació de sincrotró (SR-XCT) i anàlisi de difracció de raigs X SR (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. Sense degradació, contaminació deguda a l'atmosfera terrestre i sense danys per partícules fines o mostres mecàniques. Mentrestant, hem dut a terme una anàlisi volumètrica sistemàtica mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM)-EDS, EPMA, XRD, anàlisi d'activació neutrònica instrumental (INAA) i equips de fluoració d'isòtops d'oxigen làser. Els procediments d'assaig es mostren a la Figura Suplementària 3 i cada assaig es descriu a les seccions següents.
Les partícules de l'asteroide Ryugu es van recuperar del mòdul de reentrada Hayabusa-2 i es van lliurar al Centre de Control JAXA a Sagamihara, Japó, sense contaminar l'atmosfera terrestre4. Després de la caracterització inicial i no destructiva en una instal·lació gestionada per JAXA, s'han utilitzat contenidors de transferència interubicació segellables i bosses de càpsula de mostra (cristall de safir de 10 o 15 mm de diàmetre i acer inoxidable, segons la mida de la mostra) per evitar interferències ambientals. contaminants del medi ambient i/o del sòl (per exemple, vapor d'aigua, hidrocarburs, gasos atmosfèrics i partícules fines) i contaminació creuada entre mostres durant la preparació de mostres i el transport entre instituts i universitats38. Per evitar la degradació i la contaminació a causa de la interacció amb l'atmosfera terrestre (vapor d'aigua i oxigen), tots els tipus de preparació de mostres (inclosa la trituració amb un cisell de tàntal, l'ús d'una serra de filferro de diamant equilibrada (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) i el tall d'epoxi) es van dur a terme en una caixa de guants sota N2 net i sec (punt de rosada: -80 a -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Tots els articles utilitzats aquí es netegen amb una combinació d'aigua ultrapura i etanol mitjançant ones ultrasòniques de diferents freqüències.
Aquí estudiem la col·lecció de meteorits de l'Institut Nacional de Recerca Polar (NIPR) del Centre de Recerca de Meteorits Antàrtics (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 i CY: Y 980115).
Per a la transferència entre instruments per a anàlisis SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS i TEM, vam utilitzar el portamostres ultrafí universal descrit en estudis anteriors38.
L'anàlisi SR-XCT de mostres de Ryugu es va dur a terme mitjançant el sistema de TC integrat BL20XU/SPring-8. El sistema de TC integrat consta de diversos modes de mesura: mode de camp de visió ampli i baixa resolució (WL) per capturar tota l'estructura de la mostra, mode de camp de visió estret i alta resolució (NH) per a una mesura precisa de l'àrea de la mostra. Cal fer servir radiografies d'interès i radiografies per obtenir un patró de difracció del volum de la mostra, i realitzar XRD-TC per obtenir un diagrama 2D de les fases minerals del pla horitzontal de la mostra. Cal tenir en compte que totes les mesures es poden realitzar sense utilitzar el sistema integrat per treure el portamostres de la base, cosa que permet mesures precises de TC i XRD-TC. El detector de raigs X en mode WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) estava equipat amb una càmera CMOS (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) addicional de 4608 × 4608 píxels amb un centellejador que consistia en un monocristall de granat de luteci i alumini de 10 µm de gruix (Lu3Al5O12:Ce) i una lent de relé. La mida del píxel en mode WL és d'uns 0,848 µm. Per tant, el camp de visió (FOV) en mode WL és d'aproximadament 6 mm en mode CT offset. El detector de raigs X en mode NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) estava equipat amb un centellejador de granat de gadolini-alumini-gal·li (Gd3Al2Ga3O12) de 20 µm de gruix, una càmera CMOS (C11440-22CU) amb una resolució de 2048 × 2048 píxels; Hamamatsu Photonics) i una lent ×20. La mida del píxel en mode NH és de ~0,25 µm i el camp de visió és de ~0,5 mm. El detector per al mode XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) estava equipat amb un centellejador que consistia en una pantalla de pols P43 (Gd2O2S:Tb) de 50 µm de gruix, una càmera CMOS de resolució de 2304 × 2304 píxels (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) i una lent de relé. El detector té una mida de píxel efectiva de 19,05 µm i un camp de visió de 43,9 mm2. Per augmentar el FOV, vam aplicar un procediment de TC offset en mode WL. La imatge de llum transmesa per a la reconstrucció de TC consisteix en una imatge en el rang de 180° a 360° reflectida horitzontalment al voltant de l'eix de rotació i una imatge en el rang de 0° a 180°.
En el mode XRD, el feix de raigs X s'enfoca mitjançant una placa de zona de Fresnel. En aquest mode, el detector es col·loca 110 mm darrere de la mostra i el topall del feix es troba 3 mm per davant del detector. Es van obtenir imatges de difracció en el rang de 2θ d'1,43° a 18,00° (pas de la reixeta d = 16,6–1,32 Å) amb el punt de raigs X enfocat a la part inferior del camp de visió del detector. La mostra es mou verticalment a intervals regulars, amb mig gir per a cada pas d'escaneig vertical. Si les partícules minerals satisfan la condició de Bragg quan es giren 180°, és possible obtenir difracció de les partícules minerals en el pla horitzontal. Les imatges de difracció es van combinar en una sola imatge per a cada pas d'escaneig vertical. Les condicions de l'assaig SR-XRD-CT són gairebé les mateixes que les de l'assaig SR-XRD. En el mode XRD-CT, el detector es col·loca 69 mm darrere de la mostra. Les imatges de difracció en el rang de 2θ oscil·len entre 1,2° i 17,68° (d = 19,73 a 1,35 Å), on tant el feix de raigs X com el limitador del feix estan alineats amb el centre del camp de visió del detector. Escanegeu la mostra horitzontalment i gireu-la 180°. Les imatges SR-XRD-CT es van reconstruir amb intensitats minerals màximes com a valors de píxel. Amb l'escaneig horitzontal, la mostra s'escaneja normalment en passos de 500 a 1000.
Per a tots els experiments, l'energia dels raigs X es va fixar en 30 keV, ja que aquest és el límit inferior de penetració dels raigs X en meteorits amb un diàmetre d'uns 6 mm. El nombre d'imatges adquirides per a totes les mesures de TC durant una rotació de 180° va ser de 1800 (3600 per al programa TC de desplaçament), i el temps d'exposició de les imatges va ser de 100 ms per al mode WL, 300 ms per al mode NH, 500 ms per a XRD i 50 ms/ms per a XRD-CT. El temps típic d'escaneig de la mostra és d'uns 10 minuts en mode WL, 15 minuts en mode NH, 3 hores per a XRD i 8 hores per a SR-XRD-CT.
Les imatges de TC es van reconstruir mitjançant projecció convolucional posterior i es van normalitzar per a un coeficient d'atenuació lineal de 0 a 80 cm-1. El programari Slice es va utilitzar per analitzar les dades 3D i el programari muXRD per analitzar les dades XRD.
Les partícules de Ryugu fixades amb epoxi (A0029, A0037, C0009, C0014 i C0068) es van polir gradualment a la superfície fins al nivell d'una pel·lícula de lapa de diamant de 0,5 µm (3M) en condicions seques, evitant que el material entrés en contacte amb la superfície durant el procés de polit. La superfície polida de cada mostra es va examinar primer mitjançant microscòpia òptica i després es van retrodispersar electrons per obtenir imatges de mineralogia i textura (BSE) de les mostres i elements NIPR qualitatius utilitzant un SEM JEOL JSM-7100F equipat amb un espectròmetre de dispersió d'energia (AZtec). Imatge d'energia). Per a cada mostra, es va analitzar el contingut d'elements majoritaris i minoritaris mitjançant un microanalitzador de sonda d'electrons (EPMA, JEOL JXA-8200). Analitzar partícules de fil·losilicat i carbonat a 5 nA, estàndards naturals i sintètics a 15 keV, sulfurs, magnetita, olivina i piroxè a 30 nA. Les qualificacions modals es van calcular a partir de mapes d'elements i imatges de BSE mitjançant el programari ImageJ 1.53 amb llindars adequats establerts arbitràriament per a cada mineral.
L'anàlisi d'isòtops d'oxigen es va dur a terme a l'Open University (Milton Keynes, Regne Unit) mitjançant un sistema de fluoració làser infraroig. Les mostres de Hayabusa2 es van lliurar a l'Open University 38 en contenidors plens de nitrogen per al seu trasllat entre instal·lacions.
La càrrega de la mostra es va realitzar en una caixa de guants de nitrogen amb un nivell d'oxigen monitoritzat inferior al 0,1%. Per al treball analític de Hayabusa2, es va fabricar un nou portamostres de Ni, que constava només de dos forats de mostra (diàmetre 2,5 mm, profunditat 5 mm), un per a partícules de Hayabusa2 i l'altre per a l'estàndard intern d'obsidiana. Durant l'anàlisi, el pou de mostra que contenia el material Hayabusa2 es va cobrir amb una finestra interna de BaF2 d'aproximadament 1 mm de gruix i 3 mm de diàmetre per contenir la mostra durant la reacció làser. El flux de BrF5 a la mostra es va mantenir mitjançant un canal de barreja de gasos tallat al portamostres de Ni. La cambra de mostra també es va reconfigurar de manera que es pogués treure de la línia de fluoració al buit i després obrir-la en una caixa de guants plena de nitrogen. La cambra de dues peces es va segellar amb un segell de compressió amb junta de coure i una brida de cadena EVAC Quick Release CeFIX 38. Una finestra de BaF2 de 3 mm de gruix a la part superior de la cambra permet l'observació simultània de la mostra i l'escalfament amb làser. Després de carregar la mostra, torneu a connectar la cambra a la línia fluorada. Abans de l'anàlisi, la cambra de mostres es va escalfar al buit a uns 95 °C durant la nit per eliminar la humitat adsorbida. Després d'escalfar-la durant la nit, es va deixar refredar la cambra a temperatura ambient i, a continuació, la part exposada a l'atmosfera durant la transferència de la mostra es va purgar amb tres alíquotes de BrF5 per eliminar la humitat. Aquests procediments garanteixen que la mostra de Hayabusa 2 no estigui exposada a l'atmosfera i no estigui contaminada per la humitat de la part de la línia fluorada que es ventila a l'atmosfera durant la càrrega de la mostra.
Les mostres de partícules de Ryugu C0014-4 i Orgueil (CI) es van analitzar en un mode "únic" modificat42, mentre que l'anàlisi de Y-82162 (CY) es va realitzar en una sola safata amb múltiples pous de mostra41. A causa de la seva composició anhidra, no cal utilitzar un únic mètode per a les condrites CY. Les mostres es van escalfar mitjançant un làser de CO2 infraroig de Photon Machines Inc. de 50 W (10,6 µm) de potència muntat al pòrtic XYZ en presència de BrF5. El sistema de vídeo integrat controla el curs de la reacció. Després de la fluoració, l'O2 alliberat es va netejar mitjançant dues trampes de nitrogen criogèniques i un llit escalfat de KBr per eliminar qualsevol excés de fluor. La composició isotòpica de l'oxigen purificat es va analitzar en un espectròmetre de masses de doble canal Thermo Fisher MAT 253 amb una resolució de massa d'uns 200.
En alguns casos, la quantitat d'O2 gasós alliberada durant la reacció de la mostra va ser inferior a 140 µg, que és el límit aproximat d'ús del dispositiu de manxa a l'espectròmetre de masses MAT 253. En aquests casos, s'utilitzen microvolums per a l'anàlisi. Després d'analitzar les partícules de Hayabusa2, es va fluorar l'estàndard intern d'obsidiana i es va determinar la seva composició isotòpica d'oxigen.
Els ions del fragment NF+ NF3+ interfereixen amb el feix de massa 33 (16O17O). Per eliminar aquest problema potencial, la majoria de les mostres es processen mitjançant procediments de separació criogènica. Això es pot fer en la direcció directa abans de l'anàlisi MAT 253 o com a segona anàlisi retornant el gas analitzat al tamís molecular especial i tornant-lo a passar després de la separació criogènica. La separació criogènica implica subministrar gas a un tamís molecular a la temperatura de nitrogen líquid i després descarregar-lo a un tamís molecular primari a una temperatura de -130 °C. Proves exhaustives han demostrat que NF+ roman al primer tamís molecular i no es produeix cap fraccionament significatiu amb aquest mètode.
Basant-nos en anàlisis repetides dels nostres estàndards interns d'obsidiana, la precisió global del sistema en mode de manxa és: ±0,053‰ per a δ17O, ±0,095‰ per a δ18O, ±0,018‰ per a Δ17O (2 sd). L'anàlisi dels isòtops d'oxigen es dóna en la notació delta estàndard, on delta18O es calcula com:
També utilitzeu la relació 17O/16O per a δ17O. VSMOW és l'estàndard internacional per a l'estàndard mitjà de l'aigua de mar de Viena. Δ17O representa la desviació de la línia de fraccionament terrestre i la fórmula de càlcul és: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Totes les dades presentades a la Taula suplementària 3 s'han ajustat per intervals.
Es van extreure seccions d'aproximadament 150 a 200 nm de gruix de partícules de Ryugu utilitzant un instrument Hitachi High Tech SMI4050 FIB a JAMSTEC, Kochi Core Sampling Institute. Cal tenir en compte que totes les seccions FIB es van recuperar de fragments no processats de partícules no processades després de ser retirades de recipients plens de gas N2 per a la transferència interobjectes. Aquests fragments no es van mesurar mitjançant SR-CT, però es van processar amb una mínima exposició a l'atmosfera terrestre per evitar possibles danys i contaminació que poguessin afectar l'espectre de la vora K del carboni. Després de la deposició d'una capa protectora de tungstè, la regió d'interès (fins a 25 × 25 μm2) es va tallar i aprimar amb un feix d'ions Ga+ a un voltatge d'acceleració de 30 kV, després a 5 kV i un corrent de sonda de 40 pA per minimitzar els danys superficials. Les seccions ultrafines es van col·locar en una malla de coure ampliada (malla Kochi) 39 utilitzant un micromanipulador equipat amb FIB.
Els grànuls de Ryugu A0098 (1,6303 mg) i C0068 (0,6483 mg) es van segellar dues vegades en làmines de polietilè pur d'alta puresa en una caixa de guants plena de nitrogen pur a l'SPring-8 sense cap interacció amb l'atmosfera terrestre. La preparació de mostres per a JB-1 (una roca de referència geològica emesa pel Servei Geològic del Japó) es va dur a terme a la Universitat Metropolitana de Tòquio.
L'INAA es troba a l'Institut de Radiació Integrada i Ciències Nuclears de la Universitat de Kyoto. Les mostres es van irradiar dues vegades amb diferents cicles d'irradiació escollits segons la semivida del núclid utilitzat per a la quantificació dels elements. Primer, la mostra es va irradiar en un tub d'irradiació pneumàtic durant 30 segons. Els fluxos de neutrons tèrmics i ràpids de la figura 3 són de 4,6 × 1012 i 9,6 × 1011 cm-2 s-1, respectivament, per determinar el contingut de Mg, Al, Ca, Ti, V i Mn. També es van irradiar productes químics com ara MgO (puresa del 99,99%, Soekawa Chemical), Al (puresa del 99,9%, Soekawa Chemical) i Si metall (puresa del 99,999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical) per corregir les reaccions nuclears interferents com ara (n, n). La mostra també es va irradiar amb clorur de sodi (puresa del 99,99%; MANAC) per corregir els canvis en el flux de neutrons.
Després de la irradiació amb neutrons, la làmina exterior de polietilè es va substituir per una de nova i la radiació gamma emesa per la mostra i la referència es va mesurar immediatament amb un detector de Ge. Les mateixes mostres es van tornar a irradiar durant 4 hores en un tub d'irradiació pneumàtica. El 2 té fluxos de neutrons tèrmics i ràpids de 5,6 x 1012 i 1,2 x 1012 cm-2 s-1, respectivament, per determinar Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, contingut Se, Sb, Os, Ir i Au. Es van irradiar mostres de control de Ga, As, Se, Sb, Os, Ir i Au aplicant quantitats adequades (de 10 a 50 μg) de solucions estàndard de concentracions conegudes d'aquests elements a dos trossos de paper de filtre, seguit de la irradiació de les mostres. El recompte de raigs gamma es va realitzar a l'Institut de Radiació Integrada i Ciències Nuclears de la Universitat de Kyoto i al Centre de Recerca RI de la Universitat Metropolitana de Tòquio. Els procediments analítics i els materials de referència per a la determinació quantitativa dels elements INAA són els mateixos que els descrits en el nostre treball anterior.
Es va utilitzar un difractòmetre de raigs X (Rigaku SmartLab) per recollir els patrons de difracció de les mostres de Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) a NIPR. Es va utilitzar un difractòmetre de raigs X (Rigaku SmartLab) per recollir els patrons de difracció de les mostres de Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) a NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин оборазционных использовали для сбора дифракционных картин оборазц1 0ваз A0037 (≪1 мг) i C0087 (<1 мг) amb NIPR. Es va utilitzar un difractòmetre de raigs X (Rigaku SmartLab) per recollir patrons de difracció de mostres de Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) en NIPR.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 的品样品使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 的品样品 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) i C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с исполов рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Els patrons de difracció de raigs X de les mostres Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) i C0087 (<1 mg) es van obtenir a NIPR mitjançant un difractòmetre de raigs X (Rigaku SmartLab).Totes les mostres es van moldre fins a obtenir una pols fina sobre una oblia de silici no reflectant utilitzant una placa de vidre de safir i després es van estendre uniformement sobre l'oblia de silici no reflectant sense cap líquid (aigua o alcohol). Les condicions de mesura són les següents: la radiació de raigs X de Cu Kα es genera a un voltatge de tub de 40 kV i un corrent de tub de 40 mA, la longitud límit de la ranura és de 10 mm, l'angle de divergència és de (1/6)°, la velocitat de rotació en el pla és de 20 rpm i el rang de 2θ (doble angle de Bragg) és de 3-100° i triga unes 28 hores a analitzar-se. Es va utilitzar òptica Bragg Brentano. El detector és un detector de semiconductors de silici unidimensional (D/teX Ultra 250). Els raigs X de Cu Kβ es van eliminar mitjançant un filtre de Ni. Utilitzant mostres disponibles, es van comparar mesures de saponita magnesiana sintètica (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentina (serpentina foliar, Miyazu, Nikka) i pirrotita (monoclínica 4C, Chihua, Mèxic Watts) per identificar pics i utilitzar dades de difracció de fitxers de pols del Centre Internacional de Dades de Difracció, dolomita (PDF 01-071-1662) i magnetita (PDF 00-019-0629). Les dades de difracció de Ryugu també es van comparar amb dades de condrites carbonoses hidroalterades, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 i Y 980115 CY (etapa d'escalfament III, 500–750 °C). La comparació va mostrar similituds amb Orgueil, però no amb Y-791198 i Y 980115.
Els espectres NEXAFS amb vora de carboni K de seccions ultrafines de mostres fetes de FIB es van mesurar utilitzant el canal STXM BL4U a les instal·lacions de sincrotró UVSOR de l'Institut de Ciències Moleculars (Okazaki, Japó). La mida del punt d'un feix enfocat òpticament amb una placa de zona de Fresnel és d'aproximadament 50 nm. El pas d'energia és de 0,1 eV per a l'estructura fina de la regió de la vora propera (283,6–292,0 eV) i de 0,5 eV (280,0–283,5 eV i 292,5–300,0 eV) per a les regions frontal i posterior. El temps per a cada píxel d'imatge es va establir en 2 ms. Després de l'evacuació, la cambra analítica STXM es va omplir amb heli a una pressió d'uns 20 mbar. Això ajuda a minimitzar la deriva tèrmica de l'equip d'òptica de raigs X a la cambra i al portamostres, així com a reduir els danys i/o l'oxidació de la mostra. Els espectres de carboni NEXAFS K-edge es van generar a partir de dades apilades utilitzant el programari aXis2000 i el programari de processament de dades STXM propietari. Cal tenir en compte que la caixa de transferència de mostres i la guantera s'utilitzen per evitar l'oxidació i la contaminació de la mostra.
Després de l'anàlisi STXM-NEXAFS, es va analitzar la composició isotòpica d'hidrogen, carboni i nitrogen de les llesques de FIB de Ryugu mitjançant imatges isotòpiques amb un JAMSTEC NanoSIMS 50L. Un feix primari de Cs+ enfocat d'uns 2 pA per a l'anàlisi d'isòtops de carboni i nitrogen i d'uns 13 pA per a l'anàlisi d'isòtops d'hidrogen es rasteritza sobre una àrea d'uns 24 × 24 µm2 a 30 × 30 µm2 a la mostra. Després d'una prepolvorització de 3 minuts a un corrent de feix primari relativament fort, cada anàlisi es va iniciar després de l'estabilització de la intensitat del feix secundari. Per a l'anàlisi dels isòtops de carboni i nitrogen, es van obtenir simultàniament imatges de 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– i 12C15N– mitjançant la detecció multiplex multiplicadora de set electrons amb una resolució de massa d'aproximadament 9000, que és suficient per separar tots els compostos isotòpics rellevants. interferència (és a dir, 12C1H sobre 13C i 13C14N sobre 12C15N). Per a l'anàlisi dels isòtops d'hidrogen, es van obtenir imatges 1H-, 2D- i 12C- amb una resolució de massa d'aproximadament 3000 amb detecció múltiple utilitzant tres multiplicadors d'electrons. Cada anàlisi consta de 30 imatges escanejades de la mateixa àrea, amb una imatge que consta de 256 × 256 píxels per a l'anàlisi d'isòtops de carboni i nitrogen i 128 × 128 píxels per a l'anàlisi d'isòtops d'hidrogen. El temps de retard és de 3000 µs per píxel per a l'anàlisi d'isòtops de carboni i nitrogen i de 5000 µs per píxel per a l'anàlisi d'isòtops d'hidrogen. Hem utilitzat hidrat d'1-hidroxibenzotriazol com a estàndards d'isòtops d'hidrogen, carboni i nitrogen per calibrar el fraccionament de massa instrumental45.
Per determinar la composició isotòpica de silici del grafit presolar en el perfil FIB C0068-25, vam utilitzar sis multiplicadors d'electrons amb una resolució de massa d'uns 9000. Les imatges consten de 256 × 256 píxels amb un temps de retard de 3000 µs per píxel. Vam calibrar un instrument de fraccionament de massa utilitzant oblies de silici com a estàndards d'isòtops d'hidrogen, carboni i silici.
Les imatges isotòpiques es van processar amb el programari d'imatges NanoSIMS45 de la NASA. Les dades es van corregir per al temps mort del multiplicador d'electrons (44 ns) i els efectes d'arribada quasi simultània. S'ha fet una alineació d'escaneig diferent per a cada imatge per corregir la deriva de la imatge durant l'adquisició. La imatge isotòpica final es crea afegint ions secundaris de cada imatge per a cada píxel d'escaneig.
Després de l'anàlisi STXM-NEXAFS i NanoSIMS, les mateixes seccions FIB es van examinar mitjançant un microscopi electrònic de transmissió (JEOL JEM-ARM200F) a una tensió d'acceleració de 200 kV a Kochi, JAMSTEC. La microestructura es va observar mitjançant un TEM de camp brillant i un TEM d'escombratge d'alt angle en un camp fosc. Les fases minerals es van identificar mitjançant difracció d'electrons puntuals i imatges de banda de xarxa, i l'anàlisi química es va realitzar mitjançant EDS amb un detector de deriva de silici de 100 mm2 i el programari JEOL Analysis Station 4.30. Per a l'anàlisi quantitativa, la intensitat característica de raigs X per a cada element es va mesurar en el mode d'escaneig TEM amb un temps d'adquisició de dades fix de 30 s, una àrea d'escaneig del feix de ~100 × 100 nm2 i un corrent de feix de 50 pA. La relació (Si + Al)-Mg-Fe en silicats en capes es va determinar mitjançant el coeficient experimental k, corregit per gruix, obtingut d'un estàndard de piropagarnet natural.
Totes les imatges i anàlisis utilitzades en aquest estudi estan disponibles al sistema d'arxivament i comunicació de dades de JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Aquest article proporciona les dades originals.
Kitari, K. et al. Composició superficial de l'asteroide 162173 Ryugu observada per l'instrument Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Condrites carbonàcies de tipus Yamato (CY): anàlegs de la superfície de l'asteroide Ryugu? Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al. La primera anàlisi composicional de mostres de Ryugu es va dur a terme mitjançant un microscopi hiperespectral MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. et al. Anàlisi preliminar de la mostra Hyabusa2 obtinguda de l'asteroide de tipus C Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).