Köszönjük, hogy felkereste a Nature.com weboldalt. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozott CSS-támogatással rendelkezik. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy egy frissített böngészőt használjon (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Időközben a folyamatos támogatás biztosítása érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
Az illékony és szerves anyagokban gazdag C típusú aszteroidák a Föld egyik fő vízforrásai lehetnek. Jelenleg a széntartalmú kondritok adják a legjobb képet kémiai összetételükről, de a meteoritokkal kapcsolatos információk torzítottak: csak a legtartósabb típusok élik túl a légkörbe jutást, majd a földi környezettel való kölcsönhatást. Itt bemutatjuk a Hayabusa-2 űrszonda által a Földre juttatott elsődleges Ryugu részecske részletes volumetrikus és mikroanalitikai vizsgálatának eredményeit. A Ryugu részecskék összetételükben szoros egyezést mutatnak a kémiailag nem frakcionált, de vízzel módosított CI (Iwuna típusú) kondritokkal, amelyeket széles körben használnak a Naprendszer teljes összetételének indikátoraként. Ez a minta összetett térbeli kapcsolatot mutat a gazdag alifás szerves anyagok és a réteges szilikátok között, és a vízerózió során körülbelül 30 °C maximális hőmérsékletet jelez. Bőséges deutérium- és diazóniumtartalmat találtunk, amely összhangban van a Naprendszeren kívüli eredettel. A Ryugu részecskék a valaha tanulmányozott legszennyezetlenebb és legelválaszthatatlanabb idegen anyagok, és a legjobban illeszkednek a Naprendszer teljes összetételéhez.
2018 júniusa és 2019 novembere között a Japán Űrkutatási Ügynökség (JAXA) Hayabusa2 űrszondája kiterjedt távfelmérést végzett a Ryugu aszteroidán. A Hayabusa-2 közeli infravörös spektrométerének (NIRS3) adatai arra utalnak, hogy a Ryugu anyaga hasonló lehet a termikusan és/vagy lökésmetamorf széntartalmú kondritokhoz. A legközelebbi egyezés a CY kondrit (Yamato típusú) 2. A Ryugu alacsony albedóját nagyszámú szénben gazdag komponens jelenléte, valamint a részecskeméret, a porozitás és a térbeli időjárási hatások magyarázhatják. A Hayabusa-2 űrszonda két leszállást és mintavételt hajtott végre a Ryugá-n. Az első, 2019. február 21-i leszállás során felszíni anyagot nyertek ki, amelyet a visszatérő kapszula A rekeszében tároltak, a második, 2019. július 11-i leszállás során pedig egy kis hordozható becsapódás által létrehozott mesterséges kráter közelében gyűjtöttek anyagot. Ezeket a mintákat a C osztályon tárolják. Az 1. szakaszban a JAXA által kezelt létesítményekben található speciális, szennyezetlen és tiszta nitrogénnel töltött kamrákban végzett részecskék kezdeti roncsolásmentes jellemzése azt mutatta, hogy a Ryugu részecskék leginkább a CI4 kondritokhoz hasonlítottak, és „különböző szintű variációt” mutattak. A Ryugu látszólag ellentmondásos besorolása, amely a CY vagy CI kondritokhoz hasonlítható, csak a Ryugu részecskék részletes izotópos, elemi és ásványtani jellemzésével oldható fel. Az itt bemutatott eredmények szilárd alapot nyújtanak annak meghatározásához, hogy a Ryugu aszteroida teljes összetételére vonatkozó két előzetes magyarázat közül melyik a legvalószínűbb.
Nyolc Ryugu pelletet (összesen körülbelül 60 mg) – négyet az A kamrából és négyet a C kamrából – jelöltek ki a 2. fázisra a Kochi-csapat irányítására. A tanulmány fő célja a Ryugu aszteroida természetének, eredetének és evolúciós történetének tisztázása, valamint a hasonlóságok és különbségek dokumentálása más ismert földönkívüli mintákkal, például kondritokkal, bolygóközi porrészecskékkel (IDP-kkel) és visszatérő üstökösökkel. A mintákat a NASA Stardust missziója gyűjtötte.
Öt Ryugu szemcse (A0029, A0037, C0009, C0014 és C0068) részletes ásványtani elemzése kimutatta, hogy ezek főként finom- és durvaszemcsés réteges szilikátokból állnak (~64–88 térfogat%; 1a., b. ábra, 1. kiegészítő ábra). A durvaszemcsés réteges szilikátok szárnyas aggregátumokként (akár több tíz mikron méretűek is lehetnek) fordulnak elő finomszemcsés, réteges szilikátban gazdag mátrixokban (kisebb, mint néhány mikron méretűek). A réteges szilikát részecskék szerpentin-szaponit szimbionták (1c. ábra). A (Si + Al)-Mg-Fe térkép azt is mutatja, hogy a réteges szilikát mátrix összetétele a szerpentin és a szaponit között van (2a., b. ábra). A réteges szilikát mátrix karbonátásványokat (~2–21 térfogat%), szulfidásványokat (~2,4–5,5 térfogat%) és magnetitet (~3,6–6,8 térfogat%) tartalmaz. Az ebben a tanulmányban vizsgált részecske egyike (C0009) kis mennyiségű (~0,5 térfogat%) vízmentes szilikátot (olivint és piroxént) tartalmazott, ami segíthet a nyers Ryugu követ alkotó anyag azonosításában5. Ez a vízmentes szilikát ritka a Ryugu pelletekben, és csak a C0009 pelletben azonosították pozitívan. A karbonátok a mátrixban töredékekként (néhány száz mikronnál kisebb) vannak jelen, többnyire dolomit, kis mennyiségű kalcium-karbonáttal és brinell-lel. A magnetit izolált részecskékként, framboidokként, plakkokként vagy gömb alakú aggregátumokként fordul elő. A szulfidokat főként a pirrotit képviseli szabálytalan hatszögletű prizmák/lemezek vagy lécek formájában. A mátrix nagy mennyiségű szubmikronos pentlanditot vagy pirrotittal kombinálva tartalmaz. A szénben gazdag fázisok (<10 µm méretűek) mindenütt előfordulnak a filloszilikátban gazdag mátrixban. A szénben gazdag fázisok (<10 µm méretűek) mindenütt előfordulnak a filloszilikátban gazdag mátrixban. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой филлосиликатами матрице. A szénben gazdag fázisok (<10 µm méretűek) mindenütt előfordulnak a filloszilikátban gazdag mátrixban.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. A filloszilikátban gazdag mátrixban a szénben gazdag fázisok (<10 µm méretűek) dominálnak.Egyéb járulékos ásványokat az 1. kiegészítő táblázat mutat be. A C0087, A0029 és A0037 keverék röntgendiffrakciós mintázatából meghatározott ásványok listája nagyon megegyezik a CI (Orgueil) kondritban meghatározottal, de nagymértékben eltér a CY és CM (Mighei típusú) kondritoktól (1. ábra kibővített adatokkal és 2. kiegészítő ábra). A Ryugu szemcsék (A0098, C0068) teljes elemtartalma szintén megegyezik a 6 CI kondrittal (kibővített adatok, 2. ábra és 2. kiegészítő táblázat). Ezzel szemben a CM kondritok mérsékelten és erősen illékony elemekben, különösen Mn-ben és Zn-ben szegények, és tűzálló elemekben magasabbak7. Egyes elemek koncentrációja nagymértékben változik, ami a minta inherens heterogenitását tükrözheti az egyes részecskék kis mérete és az ebből eredő mintavételi torzítás miatt. Minden kőzettani, ásványtani és elemi jellemző arra utal, hogy a Ryugu szemcsék nagyon hasonlóak a CI8,9,10 kondritokhoz. Figyelemre méltó kivétel a ferrihidrit és a szulfát hiánya a Ryugu szemcsékben, ami arra utal, hogy ezek az ásványok a CI-kondritokban szárazföldi mállással képződtek.
a, Szárazon polírozott C0068 metszet Mg Kα (piros), Ca Kα (zöld), Fe Kα (kék) és S Kα (sárga) kompozit röntgenfelvétele. A frakció réteges szilikátokból (piros: ~88 térfogat%), karbonátokból (dolomit; világoszöld: ~1,6 térfogat%), magnetitből (kék: ~5,3 térfogat%) és szulfidokból (sárga: szulfid = ~2,5 térfogat%) áll. b, A kontúrrégió képe a visszaszórt elektronokban az a) felületen. Bru – éretlen; Dole – dolomit; FeS₂ vas-szulfid; Mag – magnetit; lé – szappankő; Srp – szerpentin. c, Tipikus szaponit-szerpentin összenövés nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópos (TEM) képe, amelyen 0,7 nm-es, illetve 1,1 nm-es szerpentin és szaponit rácssávok láthatók.
A Ryugu A0037 (folytonos piros körök) és C0068 (folytonos kék körök) részecskék mátrixának és réteges szilikátjának (%-ban) összetétele a (Si+Al)-Mg-Fe tercier rendszerben látható. a, Elektronszondás mikroanalízis (EPMA) eredményei a CI kondritokkal (Ivuna, Orgueil, Alais)16 szemben ábrázolva, szürke színnel jelölve az összehasonlítás érdekében. b, Szkennelő TEM (STEM) és energiadiszperzív röntgenspektroszkópiás (EDS) analízis az Orgueil9 és Murchison46 meteoritokkal, valamint a hidratált IDP47-tel való összehasonlítás céljából. Finomszemcsés és durva szemcsés réteges szilikátokat elemeztek, elkerülve a vas-szulfid apró részecskéit. Az a és b szaggatott vonalak a szaponit és a szerpentin oldódási vonalait mutatják. Az a ábrán látható vasban gazdag összetétel a réteges szilikát szemcséken belüli szubmikronos vas-szulfid szemcséknek tudható be, amelyeket az EPMA analízis térbeli felbontása nem zárhat ki. A b ábrán látható szaponitnál magasabb Si-tartalmú adatpontok oka lehet a filloszilikát réteg közti hézagokban található nanoméretű amorf szilíciumban gazdag anyag jelenléte. Elemzések száma: N=69 az A0037, N=68 az EPMA, N=68 a C0068, N=19 az A0037 és N=27 a C0068 esetében a STEM-EDS esetében. c, a Ryugu C0014-4 trioxi részecske izotóptérképe a CI (Orgueil), CY (Y-82162) és az irodalmi adatokkal (CM és C2-ung)41,48,49 összehasonlítva. Adatokat szereztünk az Orgueil és az Y-82162 meteoritokra. A CCAM egy vízmentes széntartalmú kondrit ásványok vonala, a TFL egy szárazföldi választóvonal. d, Δ17O és δ18O térképek a Ryugu részecske C0014-4, CI kondrit (Orgueil) és CY kondrit (Y-82162) esetében (jelen tanulmány). Δ17O_Ryugu: A Δ17O C0014-1 értéke. Δ17O_Orgueil: Az Orgueil átlagos Δ17O értéke. Δ17O_Y-82162: Az Y-82162 átlagos Δ17O értéke. Összehasonlításképpen a CI és CY adatokat a 41, 48, 49 irodalomból is bemutatjuk.
Az oxigén tömegizotópos analízisét 1,83 mg granulált C0014-ből lézeres fluorinációval kivont anyagmintán végeztük (Methods). Összehasonlításképpen hét példányban futtattunk Orgueil (CI) (teljes tömeg = 8,96 mg) és hét példányban Y-82162 (CY) (teljes tömeg = 5,11 mg) izotópot (3. kiegészítő táblázat).
A 2d. ábrán a Δ17O és δ18O egyértelmű elkülönülése látható az Orgueil és a Ryugu tömegátlag-részecskék között az Y-82162-höz képest. A Ryugu C0014-4 részecske Δ17O értéke magasabb, mint az Orgeil részecskéé, a 2 sd átfedés ellenére. A Ryugu részecskék magasabb Δ17O értékekkel rendelkeznek az Orgeilhez képest, ami tükrözheti az utóbbi 1864-es bukása óta bekövetkezett szárazföldi szennyezését. A szárazföldi környezetben11 bekövetkező időjárás szükségszerűen a légköri oxigén beépülését eredményezi, ami közelebb hozza az elemzést a szárazföldi frakcionációs vonalhoz (TFL). Ez a következtetés összhangban van a korábban tárgyalt ásványtani adatokkal, miszerint a Ryugu szemcsék nem tartalmaznak hidrátokat vagy szulfátokat, míg az Orgeil igen.
A fenti ásványtani adatok alapján ezek az eredmények alátámasztják a Ryugu szemcsék és a CI kondritok közötti kapcsolatot, de kizárják a CY kondritok közötti kapcsolatot. Az a tény, hogy a Ryugu szemcsék nem kapcsolódnak a CY kondritokhoz, amelyek a dehidratáció ásványtani jeleit mutatják, rejtélyes. A Ryugu orbitális megfigyelései arra utalnak, hogy dehidratáción ment keresztül, és ezért valószínűleg CY anyagból áll. Ennek a látszólagos különbségnek az okai továbbra sem tisztázottak. Más Ryugu részecskék oxigénizotóp-elemzését a 12. számú kísérőcikk mutatja be. Ennek a kibővített adathalmaznak az eredményei azonban összhangban vannak a Ryugu részecskék és a CI kondritok közötti kapcsolattal is.
Koordinált mikroanalízis technikákkal (3. kiegészítő ábra) megvizsgáltuk a szerves szén térbeli eloszlását a fókuszált ionnyaláb frakció (FIB) C0068.25 teljes felületén (3a–f. ábrák). A szén finomszerkezeti röntgensugár abszorpciós spektrumai (NEXAFS) a C0068.25 metszet közeli élénél számos funkciós csoportot mutatnak – aromás vagy C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), CH3 (287,5 eV) és C(=O)O (288,8 eV) –, a grafénszerkezet 291,7 eV-nál hiányzik (3a. ábra), ami alacsony termikus változást jelent. A C0068.25 részleges szerves anyagainak erős CH3 csúcsa (287,5 eV) eltér a korábban vizsgált széntartalmú kondritok oldhatatlan szerves anyagaitól, és jobban hasonlít a Stardust küldetés során kapott IDP14-hez és üstökösrészecskékhez. Egy erős CH₃ csúcs 287,5 eV-nál és egy nagyon gyenge aromás vagy C=C csúcs 285,2 eV-nál arra utal, hogy a szerves vegyületek gazdagok alifás vegyületekben (3a. ábra és 3a. kiegészítő ábra). Az alifás szerves vegyületekben gazdag területek a durva szemcsés réteges szilikátokban, valamint a gyenge aromás (vagy C=C) szénszerkezettel rendelkező területeken találhatók (3c., d. ábra). Ezzel szemben az A0037,22 (3. kiegészítő ábra) részben alacsonyabb alifás szénben gazdag régiókat mutatott. Ezen szemcsék mögöttes ásványtana karbonátokban gazdag, hasonlóan a kondrit CI 16-hoz, ami a forrásvíz jelentős átalakulására utal (1. kiegészítő táblázat). Az oxidáló körülmények a karbonátokkal kapcsolatos szerves vegyületekben a karbonil- és karboxilfunkciós csoportok magasabb koncentrációját kedveznek. Az alifás szénszerkezetű szerves anyagok szubmikron eloszlása ​​nagyon eltérhet a durva szemcsés réteges szilikátok eloszlásától. A Tagish-tó meteoritjában alifás szerves vegyületek nyomait találták a filloszilikát-OH-hoz kapcsolódóan. Összehangolt mikroanalitikai adatok arra utalnak, hogy az alifás vegyületekben gazdag szerves anyag széles körben elterjedt lehet a C-típusú aszteroidákban, és szorosan kapcsolódik a filloszilikátokhoz. Ez a következtetés összhangban van a MicroOmega, egy közeli infravörös hiperspektrális mikroszkóp által a Ryugu részecskékben található alifás/aromás CH-król szóló korábbi jelentésekkel. Fontos és megoldatlan kérdés, hogy vajon a durva szemcsés filloszilikátokhoz kapcsolódó alifás szénben gazdag szerves vegyületek ebben a tanulmányban megfigyelt egyedi tulajdonságai csak a Ryugu aszteroidán találhatók-e meg.
a, NEXAFS szénspektrumok, 292 eV-ra normalizálva az aromás (C=C) gazdag régióban (piros), az alifás gazdag régióban (zöld) és a mátrixban (kék). A szürke vonal a Murchison 13 oldhatatlan szerves spektrumát jelöli összehasonlításképpen. au, arbitrációs egység. b, Pásztázó transzmissziós röntgenmikroszkópos (STXM) spektrális képe egy szén K-élről, amely azt mutatja, hogy a metszetben a szén dominál. c, RGB kompozit diagram aromás (C=C) gazdag régiókkal (piros), alifás gazdag régiókkal (zöld) és a mátrixszal (kék). d, az alifás vegyületekben gazdag szerves anyagok durva szemcsés filloszilikátban koncentrálódnak, a terület a b és c ábrákon látható fehér pontozott dobozokból kinagyítva. e, nagy nanoszférák (ng-1) a b és c ábrákon látható fehér pontozott dobozból kinagyított területen. Pn: nikkel-kromit. f, Nanoskálájú másodlagos ion tömegspektrometria (NanoSIMS), hidrogén (1H), szén (12C) és nitrogén (12C14N) elemi képek, 12C/1H elemarány képek, valamint kereszt-δD, δ13C és δ15N izotóp képek – PG-1. szakasz: extrém 13C dúsítású prenatális grafit (4. kiegészítő táblázat).
A Murchison-meteoritok szerves anyagának lebomlását vizsgáló kinetikai vizsgálatok fontos információkkal szolgálhatnak a Ryugu szemcsékben gazdag alifás szerves anyag heterogén eloszlásáról. Ez a tanulmány kimutatja, hogy a szerves anyagban az alifás CH-kötések az alapkőzetben legfeljebb körülbelül 30°C-os hőmérsékletig megmaradnak és/vagy az idő-hőmérséklet összefüggésekkel változnak (pl. 200 év 100°C-on és 0°C-on 100 millió év). Ha az előanyagot egy bizonyos ideig nem melegítik egy adott hőmérsékleten, akkor a filloszilikátban gazdag alifás szerves anyagok eredeti eloszlása ​​megmaradhat. A forráskőzet vízváltozása azonban bonyolíthatja ezt az értelmezést, mivel a karbonátban gazdag A0037 nem mutat semmilyen, a filloszilikátokhoz kapcsolódó szénben gazdag alifás régiót. Ez az alacsony hőmérsékletváltozás nagyjából megfelel a köbös földpát jelenlétének a Ryugu szemcsékben (1. kiegészítő táblázat)20.
A C0068.25 frakció (ng-1; 3a–c, e ábrák) egy nagy nanoszférát tartalmaz, amely erősen aromás (vagy C=C), mérsékelten alifás és gyenge C(=O)O és C=O spektrumokat mutat. Az alifás szén jellemzője nem egyezik meg a kondritokhoz kapcsolódó oldhatatlan szerves anyagok és szerves nanoszférák jellemzőjével (3a ábra) 17,21. A Tagish-tó nanoszféráinak Raman- és infravörös spektroszkópiai elemzése kimutatta, hogy alifás és oxidált szerves vegyületekből, valamint rendezetlen, policiklusos aromás szerves vegyületekből állnak, amelyek komplex szerkezettel rendelkeznek 22,23. Mivel a környező mátrix alifás vegyületekben gazdag szerves anyagokat tartalmaz, az ng-1-ben található alifás szén jellemzője analitikai műtermék lehet. Érdekes módon az ng-1 beágyazott amorf szilikátokat tartalmaz (3e ábra), ezt a textúrát még nem számoltak be egyetlen földönkívüli szerves anyag esetében sem. Az amorf szilikátok lehetnek az ng-1 természetes alkotóelemei, vagy vizes/vízmentes szilikátok ion- és/vagy elektronsugárral történő amorfizációjának eredményei az elemzés során.
A C0068.25 szakasz NanoSIMS ionképei (3f. ábra) egyenletes változásokat mutatnak a δ13C és δ15N értékekben, kivéve a nagy, 30 811‰-os 13C-dúsulású preszoláris szemcséket (PG-1 a 3f. ábrán látható δ13C képen) (4. kiegészítő táblázat). A röntgendiffrakciós elemi szemcseképek és a nagy felbontású TEM-képek csak a szénkoncentrációt és az alapsíkok közötti 0,3 nm-es távolságot mutatják, ami grafitnak felel meg. Figyelemre méltó, hogy a durva szemcsés filoszilikátokkal asszociált alifás szerves anyagban dúsult δD (841 ± 394‰) és δ15N (169 ± 95‰) értékek kissé magasabbnak bizonyultak, mint a teljes C régió átlaga (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) a C0068.25-ben (4. kiegészítő táblázat). Ez a megfigyelés arra utal, hogy a durva szemcsés filloszilikátokban található alifás anyagokban gazdag szerves anyagok primitívebbek lehetnek, mint a környező szerves anyagok, mivel utóbbiak izotópcserén mehettek keresztül az eredeti testben lévő környező vízzel. Alternatív megoldásként ezek az izotópváltozások a kezdeti képződési folyamattal is összefüggésben állhatnak. Úgy értelmezik, hogy a CI-kondritokban található finomszemcsés réteges szilikátok az eredeti durva szemcsés vízmentes szilikátklaszterek folyamatos átalakulásának eredményeként jöttek létre. Az alifás anyagokban gazdag szerves anyagok a protoplanetáris korongban vagy a csillagközi közegben lévő prekurzor molekulákból keletkezhettek a Naprendszer kialakulása előtt, majd a Ryugu (nagy) szülő égitest vízcseréi során kissé megváltoztak. A Ryugu mérete (<1,0 km) túl kicsi ahhoz, hogy elegendő belső hőt tartson fenn a vizes átalakuláshoz, és ezáltal víztartalmú ásványok képződéséhez25. A Ryugu mérete (<1,0 km) túl kicsi ahhoz, hogy elegendő belső hőt tartson fenn a vizes átalakuláshoz, és ezáltal a víztartalmú ásványok képződéséhez25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водногения измераного водных минералов25. Méret (<1,0 km) A Ryugu túl kicsi ahhoz, hogy elegendő belső hőt tartson fenn a vízcseréhez, és ezáltal vízásványok képződéséhez25. 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水的尺寸（形成含水的尺寸（ 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水的尺寸（形成含水的尺寸（ Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для изменения воды с одниебрахвова минералов25. A Ryugu mérete (<1,0 km) túl kicsi ahhoz, hogy belső hőt termeljen, amely a vizet vízásványokká alakítaná25.Ezért a Ryugu elődök több tíz kilométeres méretére lehet szükség. Az alifás vegyületekben gazdag szerves anyagok megtarthatják eredeti izotóparányaikat a durva szemcsés filloszilikátokkal való kapcsolatuk miatt. Az izotópos nehézhordozók pontos természete azonban továbbra sem ismert a FIB-frakciókban található különböző komponensek összetett és finom keveredése miatt. Ezek lehetnek a Ryugu granulátumokban található alifás vegyületekben gazdag szerves anyagok, vagy az azokat körülvevő durva filloszilikátok. Megjegyzendő, hogy szinte az összes széntartalmú kondritban (beleértve a CI-kondritokat is) található szerves anyag általában D-ben gazdagabb, mint filloszilikátokban, a CM Paris 24, 26 meteoritok kivételével.
Az A0002.23 és A0002.26, A0037.22 és A0037.23, valamint a C0068.23, C0068.25 és C0068.26 FIB szeletek (összesen hét FIB szelet három Ryugu részecskéből) δD és δ15N térfogatának diagramjai. A NanoSIMS és a Naprendszer más objektumainak összehasonlítása a 4. ábrán látható (4. kiegészítő táblázat)27,28. Az A0002, A0037 és C0068 profilokban a δD és δ15N térfogatváltozásai megegyeznek az IDP-ben mért értékekkel, de magasabbak, mint a CM és CI kondritokban (4. ábra). Megjegyzendő, hogy a 29-es üstökös mintájának δD értéktartománya (-240 és 1655‰ között) nagyobb, mint a Ryugu esetében. A Ryukyu profilok δD és δ15N térfogatai általában kisebbek, mint a Jupiter családba tartozó üstökösök és az Oort-felhő átlaga (4. ábra). A CI-kondritok alacsonyabb δD értékei a szárazföldi szennyeződés hatását tükrözhetik ezekben a mintákban. Tekintettel a Bells, a Tagish-tó és az IDP közötti hasonlóságokra, a Ryugu részecskék δD és δN értékeinek nagyfokú heterogenitása a korai Naprendszer szerves és vizes összetételeinek kezdeti izotópos jellemzőiben bekövetkező változásokat tükrözheti. A Ryugu és az IDP részecskék hasonló δD és δN izotópos változásai arra utalnak, hogy mindkettő ugyanabból a forrásból származó anyagból keletkezhetett. Úgy vélik, hogy az IDP-k üstökösforrásokból származnak 14. Ezért a Ryugu üstökösszerű anyagot és/vagy legalábbis a külső Naprendszert tartalmazhat. Ez azonban nehezebb lehet, mint itt állítjuk, (1) az anyabolygón található szferolitikus és D-gazdag víz keveréke 31 és (2) az üstökös D/H aránya az üstökös aktivitásának függvényében 32 miatt. A Ryugu-részecskékben megfigyelt hidrogén- és nitrogénizotópok heterogenitásának okai azonban nem teljesen ismertek, részben a ma elérhető elemzések korlátozott száma miatt. A hidrogén- és nitrogénizotóp-rendszerek eredményei továbbra is felvetik annak a lehetőségét, hogy a Ryugu a Naprendszeren kívüli anyag nagy részét tartalmazza, és így némi hasonlóságot mutathat az üstökösökkel. A Ryugu-profil nem mutatott látható korrelációt a δ13C és a δ15N között (4. kiegészítő táblázat).
A Ryugu részecskék (piros körök: A0002, A0037; kék körök: C0068) teljes H és N izotópos összetétele korrelál a 27-es napmagnitúdóval, a Jupiter-átlagcsaláddal (JFC27), az Oort-felhő üstököseivel (OCC27), az IDP28-cal és a széntartalmú kondrulákkal. A 27-es meteorit (CI, CM, CR, C2-ung) összehasonlítása. Az izotópos összetételt a 4. kiegészítő táblázat tartalmazza. A szaggatott vonalak a H és N földi izotópértékeit jelölik.
Az illékony anyagok (pl. szerves anyag és víz) Földre történő szállítása továbbra is aggodalomra ad okot26,27,33. A Ryugu részecskékben található durva filloszilikátokhoz kapcsolódó, ebben a tanulmányban azonosított szubmikronos szerves anyag az illékony anyagok fontos forrása lehet. A durva szemcsés filloszilikátokban található szerves anyag jobban védett a lebomlástól16,34 és a bomlástól35, mint a finomszemcsés mátrixokban lévő szerves anyag. A részecskékben található hidrogén nehezebb izotópos összetétele azt jelenti, hogy nem valószínű, hogy ezek lennének az illékony anyagok egyetlen forrása, amelyek a korai Földre kerültek. Keverhetők könnyebb hidrogén izotópos összetételű komponensekkel, ahogyan azt a közelmúltban a szilikátokban található napszél által hajtott víz jelenlétére vonatkozó hipotézisben is felvetették.
Ebben a tanulmányban bemutatjuk, hogy a CI meteoritok – geokémiai jelentőségük ellenére, mint a Naprendszer teljes összetételének képviselői –6,10 földi szennyezett minták. Közvetlen bizonyítékokat is szolgáltatunk a gazdag alifás szerves anyag és a szomszédos víztartalmú ásványok közötti kölcsönhatásokra, és arra utalunk, hogy a Ryugu tartalmazhat extraszoláris anyagot37. A tanulmány eredményei egyértelműen bizonyítják a protoaszteroidok közvetlen mintavételének fontosságát, valamint a visszaküldött minták teljesen inert és steril körülmények között történő szállításának szükségességét. Az itt bemutatott bizonyítékok azt mutatják, hogy a Ryugu részecskék kétségtelenül a laboratóriumi kutatásokhoz rendelkezésre álló egyik legszennyezetlenebb naprendszeri anyag, és ezen értékes minták további vizsgálata kétségtelenül bővíti majd a korai naprendszeri folyamatokról alkotott ismereteinket. A Ryugu részecskék a Naprendszer teljes összetételének legjobb reprezentációi.
A szubmikronos léptékű minták komplex mikroszerkezetének és kémiai tulajdonságainak meghatározásához szinkrotronsugárzáson alapuló komputertomográfiát (SR-XCT) és SR röntgendiffrakciós (XRD)-CT, valamint FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM analízist alkalmaztunk. Nem tapasztaltunk degradációt, a Föld légköréből eredő szennyezést, valamint finom részecskékből vagy mechanikai mintákból eredő károsodást. Időközben szisztematikus volumetrikus analízist végeztünk pásztázó elektronmikroszkópia (SEM)-EDS, EPMA, XRD, műszeres neutronaktivációs analízis (INAA) és lézeres oxigénizotóp-fluorációs berendezések segítségével. A vizsgálati eljárásokat a 3. kiegészítő ábra mutatja, és az egyes vizsgálatokat a következő szakaszokban ismertetjük.
A Ryugu aszteroida részecskéit a Hayabusa-2 visszatérő moduljából gyűjtötték össze, és a japán Sagamiharában található JAXA Irányítóközpontba szállították, anélkül, hogy a Föld légkörét szennyezték volna4. A JAXA által kezelt létesítményben végzett kezdeti és roncsolásmentes jellemzés után lezárható telephelyek közötti átviteli tartályokat és mintakapszula-zsákokat (10 vagy 15 mm átmérőjű zafírkristály és rozsdamentes acél, a minta méretétől függően) használtak a környezeti interferencia elkerülése érdekében. A környezeti és/vagy talajszennyező anyagok (pl. vízgőz, szénhidrogének, légköri gázok és finom részecskék), valamint a minták közötti keresztszennyeződés elkerülése érdekében a minta-előkészítés és az intézetek és egyetemek közötti szállítás során38. A Föld légkörével (vízgőz és oxigén) való kölcsönhatás miatti lebomlás és szennyezés elkerülése érdekében minden típusú minta-előkészítést (beleértve a tantálvésővel történő forgácsolást, a kiegyensúlyozott gyémántfűrésszel (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) történő forgácsolást és az epoxigyantával történő vágást a telepítéshez) kesztyűfülkében, tiszta, száraz N2 alatt végeztek (harmatpont: -80 és -60 °C között, O2 ~50-100 ppm). Az itt használt összes eszközt ultrahangos vízzel és etanollal, különböző frekvenciájú ultrahanggal tisztítjuk.
Jelen tanulmányban az Antarktiszi Meteoritkutató Központ (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 és CY: Y 980115) meteoritgyűjteményét vizsgáljuk.
Az SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS és TEM analízishez használt műszerek közötti átvitelhez a korábbi tanulmányokban38 leírt univerzális ultravékony mintatartót használtuk.
A Ryugu minták SR-XCT elemzését a BL20XU/SPring-8 integrált CT rendszerrel végezték. Az integrált CT rendszer különböző mérési módokból áll: széles látómezős és alacsony felbontású (WL) mód a minta teljes szerkezetének rögzítéséhez, keskeny látómezős és nagy felbontású (NH) mód a minta területének pontos méréséhez. A vizsgálathoz érdekes és röntgenfelvételeket készítettek a minta térfogatának diffrakciós mintázatának meghatározásához, valamint XRD-CT-t végeztek a minta vízszintes síkú ásványi fázisainak 2D-s diagramjának elkészítéséhez. Megjegyzendő, hogy minden mérés elvégezhető a beépített rendszer használata nélkül, amely a mintatartót az alapról eltávolítaná, ami pontos CT és XRD-CT méréseket tesz lehetővé. A WL módú röntgendetektort (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) egy további 4608 × 4608 pixeles fém-oxid-félvezető (CMOS) kamerával (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) szerelték fel, amelynek szcintillátora 10 µm vastagságú lutécium-alumínium gránát egykristályból (Lu3Al5O12:Ce) és egy relélencséből állt. A pixelméret WL módban körülbelül 0,848 µm. Így a látómező (FOV) WL módban körülbelül 6 mm eltolt CT módban. Az NH módú röntgendetektort (BM AA50; Hamamatsu Photonics) egy 20 µm vastag gadolínium-alumínium-gallium gránát (Gd3Al2Ga3O12) szcintillátorral, egy 2048 × 2048 pixeles felbontású CMOS kamerával (C11440-22CU) szerelték fel; Hamamatsu Photonics) és egy ×20-as lencsével. A pixelméret NH módban ~0,25 µm, a látómező pedig ~0,5 mm. Az XRD mód detektora (BM AA60; Hamamatsu Photonics) egy szcintillátorral volt felszerelve, amely egy 50 µm vastag P43 (Gd2O2S:Tb) porszűrőből, egy 2304 × 2304 pixeles felbontású CMOS kamerából (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) és egy relélencséből állt. A detektor effektív pixelmérete 19,05 µm, látómezője pedig 43,9 mm2. A látómező növelése érdekében eltolt CT eljárást alkalmaztunk WL módban. A CT rekonstrukcióhoz átesett fényű kép egy 180° és 360° közötti tartományban lévő, a forgástengely körül vízszintesen visszavert képből, valamint egy 0° és 180° közötti tartományban lévő képből áll.
XRD módban a röntgennyalábot egy Fresnel-zónalemez fókuszálja. Ebben a módban a detektort 110 mm-rel a minta mögött, a nyalábütközőt pedig 3 mm-rel a detektor előtt helyezik el. A 2θ tartományban, 1,43° és 18,00° között diffrakciós képeket (rácsosztás d = 16,6–1,32 Å) készítettek a detektor látómezejének aljára fókuszált röntgenfolttal. A minta szabályos időközönként függőlegesen mozog, minden függőleges pásztázási lépésben fél fordulattal. Ha az ásványi részecskék 180°-os elforgatáskor kielégítik a Bragg-feltételt, akkor az ásványi részecskék vízszintes síkban diffrakciója érhető el. A diffrakciós képeket ezután minden függőleges pásztázási lépéshez egyetlen képpé egyesítették. Az SR-XRD-CT vizsgálati körülmények majdnem megegyeznek az SR-XRD vizsgálat feltételeivel. XRD-CT módban a detektort 69 mm-rel a minta mögött helyezik el. A 2θ tartományú diffrakciós képek 1,2° és 17,68° között vannak (d = 19,73–1,35 Å), ahol mind a röntgensugár, mind a nyalábhatároló a detektor látómezejének középpontjával egy vonalban van. Szkennelje be a mintát vízszintesen, majd forgassa el 180°-kal. Az SR-XRD-CT képeket a csúcs ásványi intenzitásokkal, mint pixelértékekkel rekonstruálták. Vízszintes szkennelés esetén a mintát jellemzően 500–1000 lépésben szkennelik be.
Minden kísérletnél a röntgensugár energiáját 30 keV-on rögzítették, mivel ez a röntgensugár behatolásának alsó határa körülbelül 6 mm átmérőjű meteoritokba. Az összes CT-mérés során 1800 kép készült (3600 az eltolt CT programnál), a képek expozíciós ideje pedig WL módban 100 ms, NH módban 300 ms, XRD-ben 500 ms és XRD-CT-ben 50 ms volt. A tipikus mintavételi idő WL módban körülbelül 10 perc, NH módban 15 perc, XRD-ben 3 óra és SR-XRD-CT-ben 8 óra.
A CT-képeket konvolúciós visszavetítéssel rekonstruálták, és 0 és 80 cm⁻¹ közötti lineáris csillapítási együtthatóra normalizálták. A 3D-s adatok elemzéséhez a Slice szoftvert, az XRD-adatok elemzéséhez pedig az muXRD szoftvert használták.
Az epoxigyantával fixált Ryugu részecskéket (A0029, A0037, C0009, C0014 és C0068) fokozatosan polírozták a felületen egy 0,5 µm (3M) vastagságú gyémántlapoló film szintjéig száraz körülmények között, elkerülve, hogy az anyag a polírozási folyamat során érintkezzen a felülettel. Minden egyes minta polírozott felületét először fénymikroszkóppal, majd visszaszórt elektronokkal vizsgálták, hogy ásványtani és textúraképeket (BSE) kapjanak a mintákról és kvalitatív NIPR elemekről egy JEOL JSM-7100F SEM segítségével, amely energiadiszperzív spektrométerrel (AZtec) volt felszerelve. Minden minta esetében a fő- és mellékelemek tartalmát elektronszondás mikroanalizátorral (EPMA, JEOL JXA-8200) elemezték. A réteges szilikát és karbonát részecskéket 5 nA-n, természetes és szintetikus standardokat 15 keV-on, szulfidokat, magnetitet, olivint és piroxént 30 nA-n elemezték. A modális fokozatokat elemtérképekből és BSE képekből számítottuk ki az ImageJ 1.53 szoftver segítségével, minden ásványhoz tetszőlegesen beállított megfelelő küszöbértékekkel.
Az oxigénizotóp-elemzést az Open Universityn (Milton Keynes, Egyesült Királyság) végezték infravörös lézeres fluorációs rendszerrel. A Hayabusa2 mintáit nitrogénnel töltött tartályokban szállították az Open University 38-ra a létesítmények közötti szállítás céljából.
A minta betöltését nitrogénes kesztyűtartóban végezték, 0,1% alatti monitorozott oxigénszinttel. A Hayabusa2 analitikai munkához egy új Ni mintatartót készítettek, amely mindössze két mintanyílásból állt (2,5 mm átmérőjű, 5 mm mélységű), az egyik a Hayabusa2 részecskék, a másik az obszidián belső standard számára. Az elemzés során a Hayabusa2 anyagot tartalmazó mintaüreget egy körülbelül 1 mm vastag és 3 mm átmérőjű belső BaF2 ablakkal fedték le, hogy a lézerreakció alatt a mintát megtartsa. A BrF5 áramlását a mintába a Ni mintatartóba vágott gázkeverő csatorna biztosította. A minta kamrát is átkonfigurálták úgy, hogy eltávolítható legyen a vákuumos fluorozó vezetékről, majd nitrogénnel töltött kesztyűtartóban nyitható legyen. A kétrészes kamrát réztömítésű kompressziós tömítéssel és egy EVAC gyorskioldású CeFIX 38 láncos szorítóval zárták le. A kamra tetején található 3 mm vastag BaF2 ablak lehetővé teszi a minta és a lézerfűtés egyidejű megfigyelését. A minta betöltése után a kamrát ismét rögzíteni kellett, és a fluorozott vezetékhez kellett csatlakoztatni. Az elemzés előtt a mintakamrát vákuum alatt körülbelül 95 °C-ra melegítettük egy éjszakán át, hogy eltávolítsuk az adszorbeált nedvességet. Az éjszakán át tartó melegítés után a kamrát hagytuk szobahőmérsékletre hűlni, majd a minta átvitele során a légkörnek kitett részt három BrF5-tel öblítettük át a nedvesség eltávolítása érdekében. Ezek az eljárások biztosítják, hogy a Hayabusa-2 minta ne legyen kitéve a légkörnek, és ne szennyeződjön be a fluorozott vezeték azon részéből származó nedvességgel, amelyet a minta betöltése során a légkörbe szellőztetnek.
A Ryugu C0014-4 és Orgueil (CI) részecskemintákat módosított „egyszeres” módban42 elemezték, míg az Y-82162 (CY) elemzését egyetlen tálcán, több mintavételi kutaccsal41 végezték. Vízmentes összetételük miatt a CY kondritok esetében nem szükséges egyetlen módszert alkalmazni. A mintákat egy 50 W teljesítményű (10,6 µm) Photon Machines Inc. infravörös CO2 lézerrel melegítették, amelyet az XYZ portálra szereltek BrF5 jelenlétében. A beépített videorendszer figyeli a reakció lefolyását. A fluorozás után a felszabadult O2-t két kriogén nitrogéncsapdával és egy fűtött KBr ágyzal mosták a felesleges fluor eltávolítása érdekében. A tisztított oxigén izotópos összetételét egy Thermo Fisher MAT 253 kétcsatornás tömegspektrométeren elemezték, amelynek tömegfelbontása körülbelül 200 volt.
Bizonyos esetekben a minta reakciója során felszabaduló gáz halmazállapotú O2 mennyisége kevesebb volt, mint 140 µg, ami a MAT 253 tömegspektrométer harmonikaeszközének használatához szükséges hozzávetőleges határérték. Ezekben az esetekben mikrotérfogatokat kell használni az elemzéshez. A Hayabusa2 részecskék elemzése után az obszidián belső standardot fluorozták, és meghatározták annak oxigénizotóp-összetételét.
Az NF+ NF3+ fragmens ionjai interferálnak a 33-as tömegű (16O17O) nyalábbal. Ennek a potenciális problémának a kiküszöbölése érdekében a legtöbb mintát kriogén elválasztási eljárásokkal dolgozzák fel. Ez elvégezhető előre a MAT 253 analízis előtt, vagy második analízisként az elemzett gáz speciális molekulaszűrőbe történő visszavezetésével, majd a kriogén elválasztás utáni újbóli átvezetésével. A kriogén elválasztás magában foglalja a gáz folyékony nitrogén hőmérsékletű molekulaszűrőbe történő bevezetését, majd -130°C hőmérsékletű elsődleges molekulaszűrőbe történő ürítését. Kiterjedt vizsgálatok kimutatták, hogy az NF+ az első molekulaszűrőn marad, és ezzel a módszerrel nem történik jelentős frakcionálódás.
Belső obszidián standardjaink ismételt elemzése alapján a rendszer teljes pontossága fújtató üzemmódban: ±0,053‰ δ17O esetén, ±0,095‰ δ18O esetén, ±0,018‰ Δ17O esetén (2 sd). Az oxigénizotóp-elemzést a standard delta-jelöléssel adjuk meg, ahol a delta18O kiszámítása a következőképpen történik:
Használja a 17O/16O arányt a δ17O értékéhez is. A VSMOW a bécsi középtenger vízminőségi szabványának nemzetközi szabványa. A Δ17O a földfrakcionáltsági vonaltól való eltérést jelöli, a számítási képlet pedig a következő: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. A 3. kiegészítő táblázatban bemutatott összes adat réssel korrigált.
Körülbelül 150-200 nm vastag metszeteket vontak ki Ryugu részecskékből egy Hitachi High Tech SMI4050 FIB műszerrel a JAMSTEC-ben, a Kochi Core Sampling Institute-ban. Megjegyzendő, hogy az összes FIB metszetet feldolgozatlan részecskék feldolgozatlan töredékeiből nyerték ki, miután N2 gázzal töltött edényekből eltávolították őket az objektumok közötti átvitelhez. Ezeket a töredékeket nem mérték SR-CT-vel, hanem minimális földi légköri kitettséggel dolgozták fel, hogy elkerüljék a szén K-él spektrumát befolyásoló potenciális károsodást és szennyeződést. Egy volfrám védőréteg lerakása után a vizsgált területet (legfeljebb 25 × 25 μm2) Ga+ ionsugárral vágták és elvékonyították 30 kV gyorsítófeszültségen, majd 5 kV-on és 40 pA szondaárammal a felületi károsodás minimalizálása érdekében. Az ultravékony metszeteket ezután egy megnövelt rézhálóra (Kochi háló) 39 helyezték egy FIB-vel felszerelt mikromanipulátor segítségével.
A Ryugu A0098 (1,6303 mg) és C0068 (0,6483 mg) pelleteket kétszer lezárták tiszta, nagy tisztaságú polietilén fóliákba, tiszta nitrogénnel töltött kesztyűs dobozban az SPring-8 detektoron, a Föld légkörével való bármilyen kölcsönhatás nélkül. A JB-1 (a Japán Földtani Főszolgálat által kiadott geológiai referenciakőzet) minta-előkészítését a Tokiói Metropolitan Egyetemen végezték.
Az INAA konferenciát a Kiotói Egyetem Integrált Sugárzási és Nukleáris Tudományok Intézetében rendezik meg. A mintákat kétszer besugározták különböző besugárzási ciklusokkal, amelyeket az elemmennyiség meghatározásához használt nuklid felezési ideje alapján választottak ki. Először a mintát egy pneumatikus besugárzó csőben besugározták 30 másodpercig. A 3. ábrán látható termikus és gyors neutronok fluxusa 4,6 × 1012, illetve 9,6 × 1011 cm-2 s-1, az Mg, Al, Ca, Ti, V és Mn tartalom meghatározásához. Olyan vegyszereket is besugároztak, mint az MgO (99,99%-os tisztaság, Soekawa Chemical), az Al (99,9%-os tisztaság, Soekawa Chemical) és a Si fém (99,999%-os tisztaság, FUJIFILM Wako Pure Chemical), hogy korrigálják az olyan zavaró magreakciókat, mint az (n, n). A mintát nátrium-kloriddal (99,99%-os tisztaság; MANAC) is besugározták a neutronfluxus változásainak korrigálása érdekében.
A neutronbesugárzás után a külső polietilén fóliát újra cserélték, és a minta és a referenciaanyag által kibocsátott gammasugárzást azonnal megmérték Ge detektorral. Ugyanezeket a mintákat 4 órán át újra besugározták egy pneumatikus besugárzó csőben. A 2-es számú minta termikus és gyors neutronfluxusa 5,6 × 1012, illetve 1,2 × 1012 cm-2 s-1 a Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Se, Sb, Os, Ir és Au tartalom meghatározásához. A Ga, As, Se, Sb, Os, Ir és Au kontrollmintáit úgy besugározták, hogy megfelelő mennyiségű (10-50 μg) ismert koncentrációjú standardoldatot vittek fel két darab szűrőpapírra, majd a mintákat besugározták. A gammasugár-számlálást a Kiotói Egyetem Integrált Sugárzási és Nukleáris Tudományok Intézetében és a Tokiói Metropolitan Egyetem RI Kutatóközpontjában végezték. Az INAA elemek mennyiségi meghatározásához használt analitikai eljárások és referenciaanyagok megegyeznek a korábbi munkánkban leírtakkal.
Röntgendiffraktométert (Rigaku SmartLab) használtak a Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) és C0087 (<1 mg) mintáinak diffrakciós mintázatainak NIPR-ben történő gyűjtésére. Röntgendiffraktométert (Rigaku SmartLab) használtak a Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) és C0087 (<1 mg) mintáinak diffrakciós mintázatainak NIPR-ben történő gyűjtésére. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин образцов Ryugu A0029 (и01 м7), A0029 (<101м7) C0087 (<1 мг) в NIPR. Röntgendiffraktométert (Rigaku SmartLab) használtak a Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) és C0087 (<1 mg) minták diffrakciós mintázatainak NIPR-ben történő gyűjtésére.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)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) Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) и C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использоватнием дифрактометра (Rigaku SmartLab). A Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) és C0087 (<1 mg) minták röntgendiffrakciós mintázatait az NIPR-ben röntgendiffrakciós méter (Rigaku SmartLab) segítségével mérték.Minden mintát finom porrá őröltek egy szilícium nem fényvisszaverő lapkán zafírüveg lemez segítségével, majd egyenletesen eloszlatták a szilícium nem fényvisszaverő lapkán folyadék (víz vagy alkohol) nélkül. A mérési körülmények a következők: Cu Kα röntgensugárzást keltenek 40 kV csőfeszültségen és 40 mA csőáramon, a határrés hossza 10 mm, a divergencia szög (1/6)°, a síkbeli forgási sebesség 20 rpm, a tartomány 2θ (dupla Bragg-szög), 3-100°, és az elemzés körülbelül 28 órát vesz igénybe. Bragg Brentano optikát használtak. A detektor egy egydimenziós szilícium félvezető detektor (D/teX Ultra 250). A Cu Kβ röntgensugarakat Ni-szűrővel távolították el. A rendelkezésre álló minták felhasználásával összehasonlították a szintetikus magnéziaszaponit (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), a szerpentin (levélszerpentin, Miyazu, Nikka) és a pirrhotit (monoklin 4C, Chihua, Mexikó, Watts) méréseit a csúcsok azonosítása és a Nemzetközi Diffrakciós Adatok Központjából származó porfájl-diffrakciós adatok, a dolomit (PDF 01-071-1662) és a magnetit (PDF 00-019-0629) felhasználása érdekében. A Ryugu diffrakciós adatait összehasonlították a hidroalterált széntartalmú kondritok, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 és Y 980115 CY (III. fűtési fokozat, 500–750°C) adataival is. Az összehasonlítás hasonlóságokat mutatott az Orgueil-lel, de nem az Y-791198 és Y 980115 esetében.
Az FIB-ből készült minták ultravékony metszeteinek szén él K-val vett NEXAFS spektrumait az STXM BL4U csatornával mérték az UVSOR szinkrotron létesítményben, az Institute of Molecular Sciences-ben (Okazaki, Japán). A Fresnel-zónalemezzel optikailag fókuszált nyaláb foltmérete körülbelül 50 nm. Az energialépés 0,1 eV a közeli él régió finomszerkezetére (283,6–292,0 eV), és 0,5 eV (280,0–283,5 eV és 292,5–300,0 eV) az elülső és hátsó front régiókra. Az egyes képpontok idejét 2 ms-ra állították be. A kiürítés után az STXM analitikai kamrát körülbelül 20 mbar nyomáson héliummal töltötték fel. Ez segít minimalizálni a röntgenoptikai berendezések hőeltolódását a kamrában és a mintatartóban, valamint csökkenti a minta károsodását és/vagy oxidációját. A NEXAFS K-él szénspektrumokat halmozott adatokból generáltuk az aXis2000 szoftver és a saját fejlesztésű STXM adatfeldolgozó szoftver segítségével. Megjegyzendő, hogy a minta oxidációjának és szennyeződésének elkerülése érdekében mintaátviteli tokot és kesztyűtartót használtunk.
Az STXM-NEXAFS analízist követően a Ryugu FIB szeletek hidrogén-, szén- és nitrogén-izotópos összetételét JAMSTEC NanoSIMS 50L izotópos képalkotással elemezték. A szén- és nitrogénizotóp-analízishez körülbelül 2 pA-es, a hidrogénizotóp-analízishez pedig körülbelül 13 pA-es fókuszált Cs+ primer nyalábot rasztereztek a mintán körülbelül 24 × 24 µm2 és 30 × 30 µm2 közötti területen. Egy viszonylag erős primer nyalábárammal végzett 3 perces előpermetezés után minden elemzést a szekunder nyaláb intenzitásának stabilizálódása után indítottak el. A szén- és nitrogénizotópok elemzéséhez a 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– és 12C15N– képeit egyidejűleg kapták hét elektronsokszorozós multiplex detektálással, körülbelül 9000-es tömegfelbontással, ami elegendő az összes releváns izotópos vegyület elválasztásához. interferencia (azaz 12C1H a 13C-n és 13C14N a 12C15N-en). A hidrogénizotópok elemzéséhez 1H, 2D és 12C képeket készítettünk körülbelül 3000-es tömegfelbontással, többszörös detektálással, három elektronsokszorozó alkalmazásával. Minden elemzés 30, azonos területről készült szkennelt képből áll, egy kép 256 × 256 pixelből áll a szén- és nitrogénizotóp-analízishez és 128 × 128 pixelből a hidrogénizotóp-analízishez. A késleltetési idő 3000 µs/pixel a szén- és nitrogénizotóp-analízishez és 5000 µs/pixel a hidrogénizotóp-analízishez. 1-hidroxi-benzotriazol-hidrátot használtunk hidrogén-, szén- és nitrogénizotóp-standardként a műszeres tömegfrakcionálás kalibrálásához45.
A FIB C0068-25 profilban található prenatális grafit szilícium izotópos összetételének meghatározásához hat, körülbelül 9000-es tömegfelbontású elektronsokszorozót használtunk. A képek 256 × 256 pixelből állnak, pixelenként 3000 µs késleltetési idővel. Tömegfrakcionáló műszert kalibráltunk, szilícium ostyákat használva hidrogén-, szén- és szilícium izotóp standardként.
Az izotópképeket a NASA NanoSIMS45 képalkotó szoftverével dolgoztuk fel. Az adatokat korrigáltuk az elektronsokszorozó holttidával (44 ns) és a kvázi-szimultán érkezési hatásokkal. Minden képhez eltérő szkennelési igazítást alkalmaztunk a képalkotás során fellépő képeltolódás korrigálására. A végső izotópképet úgy hoztuk létre, hogy minden képből másodlagos ionokat adtunk hozzá minden szkennelési pixelhez.
Az STXM-NEXAFS és NanoSIMS elemzés után ugyanazokat a FIB metszeteket transzmissziós elektronmikroszkóppal (JEOL JEM-ARM200F) vizsgáltuk 200 kV gyorsítófeszültségen Kochiban, JAMSTEC-ben. A mikroszerkezetet világos látóterű TEM-mel és sötét látóterű nagy látószögű pásztázó TEM-mel figyeltük meg. Az ásványi fázisokat foltelektrondiffrakcióval és rácssáv-képalkotással azonosítottuk, a kémiai elemzést pedig EDS-sel végeztük 100 mm2-es szilícium-drift detektorral és a JEOL Analysis Station 4.30 szoftverrel. A kvantitatív elemzéshez az egyes elemek karakterisztikus röntgenintenzitását TEM pásztázási módban mértük, 30 másodperces rögzített adatgyűjtési idővel, ~100 × 100 nm2-es nyalábpásztázási területtel és 50 pA-es nyalábárammal. A réteges szilikátokban a (Si + Al)-Mg-Fe arányt a természetes piropagarnet standardjából kapott, vastagsággal korrigált k kísérleti együtthatóval határoztuk meg.
A tanulmányban felhasznált összes kép és elemzés elérhető a JAXA Adatarchiváló és Kommunikációs Rendszerben (DARTS) a https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2 címen. Ez a cikk az eredeti adatokat tartalmazza.
Kitari, K. et al. A 162173 Ryugu aszteroida felszíni összetétele a Hayabusa2 NIRS3 műszerrel megfigyelve. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Yamato-típusú széntartalmú kondritok (CY): a Ryugu aszteroida felszínének analógjai? Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. és munkatársai. A Ryugu minták első összetételi elemzését MicroOmega hiperspektrális mikroszkóppal végezték. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. et al. A C-típusú Ryugu aszteroidáról visszavert Hyabusa2 minta előzetes elemzése. National Astron. 6, 214–220 (2021).