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Volatili e ricchi di materia organica, gli asteroidi di tipo C potrebbero essere una delle principali fonti di acqua sulla Terra. Attualmente, le condriti contenenti carbonio forniscono la migliore indicazione della loro composizione chimica, ma le informazioni sui meteoriti sono distorte: solo i tipi più resistenti sopravvivono all'ingresso nell'atmosfera e alla successiva interazione con l'ambiente terrestre. Qui presentiamo i risultati di uno studio volumetrico e microanalitico dettagliato della particella primaria di Ryugu, portata sulla Terra dalla sonda spaziale Hayabusa-2. Le particelle di Ryugu mostrano una stretta corrispondenza nella composizione con le condriti CI (tipo Iwuna) chimicamente non frazionate ma alterate dall'acqua, ampiamente utilizzate come indicatore della composizione complessiva del sistema solare. Questo campione mostra una complessa relazione spaziale tra ricchi composti organici alifatici e silicati stratificati e indica una temperatura massima di circa 30 °C durante l'erosione da parte dell'acqua. Abbiamo trovato un'abbondanza di deuterio e diazonio coerente con un'origine extrasolare. Le particelle di Ryugu sono il materiale alieno più puro e inseparabile mai studiato e si adattano perfettamente alla composizione complessiva del sistema solare.
Da giugno 2018 a novembre 2019, la sonda spaziale Hayabusa-2 dell'Agenzia spaziale giapponese (JAXA) ha condotto un'ampia indagine a distanza dell'asteroide Ryugu. I dati dello spettrometro nel vicino infrarosso (NIRS3) a bordo di Hayabusa-2 suggeriscono che Ryugu potrebbe essere composto da un materiale simile alle condriti carbonacee metamorfiche termicamente e/o da impatto. La corrispondenza più vicina è la condrite CY (tipo Yamato) 2. La bassa albedo di Ryugu può essere spiegata dalla presenza di un gran numero di componenti ricchi di carbonio, nonché dalla granulometria, dalla porosità e dagli effetti di alterazione spaziale. La sonda Hayabusa-2 ha effettuato due atterraggi e due prelievi di campioni su Ryugu. Durante il primo atterraggio, il 21 febbraio 2019, è stato raccolto materiale superficiale, che è stato conservato nel compartimento A della capsula di rientro, mentre durante il secondo atterraggio, l'11 luglio 2019, è stato raccolto materiale vicino a un cratere artificiale formato da un piccolo impattore portatile. Questi campioni sono conservati nel Reparto C. La caratterizzazione iniziale non distruttiva delle particelle nella Fase 1, effettuata in speciali camere non contaminate e riempite di azoto puro presso le strutture gestite dalla JAXA, ha indicato che le particelle di Ryugu erano più simili alle condriti CI4 e presentavano "vari livelli di variazione"³. La classificazione apparentemente contraddittoria di Ryugu, simile alle condriti CY o CI, può essere risolta solo attraverso una caratterizzazione isotopica, elementare e mineralogica dettagliata delle particelle di Ryugu. I risultati qui presentati forniscono una solida base per determinare quale di queste due spiegazioni preliminari per la composizione complessiva dell'asteroide Ryugu sia la più probabile.
Otto pellet di Ryugu (circa 60 mg in totale), quattro provenienti dalla Camera A e quattro dalla Camera C, sono stati assegnati alla Fase 2 per la gestione del team di Kochi. L'obiettivo principale dello studio è quello di chiarire la natura, l'origine e la storia evolutiva dell'asteroide Ryugu e di documentare somiglianze e differenze con altri campioni extraterrestri noti, come condriti, particelle di polvere interplanetaria (IDP) e comete di ritorno. Campioni raccolti dalla missione Stardust della NASA.
Analisi mineralogiche dettagliate di cinque grani di Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 e C0068) hanno mostrato che sono composti principalmente da fillosilicati a grana fine e grossa (~64–88% in volume; Fig. 1a, b, Fig. supplementare 1 e tabella supplementare 1). I fillosilicati a grana grossa si presentano come aggregati pennati (fino a decine di micron di dimensione) in matrici a grana fine ricche di fillosilicati (di dimensioni inferiori a pochi micron). Le particelle di silicato stratificato sono simbionti serpentino-saponite (Fig. 1c). La mappa (Si + Al)-Mg-Fe mostra anche che la matrice di silicato stratificato nel suo complesso ha una composizione intermedia tra serpentino e saponite (Fig. 2a, b). La matrice fillosilicatica contiene minerali carbonatici (~2–21% in volume), minerali solfuri (~2,4–5,5% in volume) e magnetite (~3,6–6,8% in volume). Una delle particelle esaminate in questo studio (C0009) conteneva una piccola quantità (~0,5% in volume) di silicati anidri (olivina e pirosseno), che potrebbe aiutare a identificare il materiale di origine della pietra grezza di Ryugu5. Questo silicato anidro è raro nei pellet di Ryugu ed è stato identificato con certezza solo nel pellet C0009. I carbonati sono presenti nella matrice sotto forma di frammenti (inferiori a poche centinaia di micron), principalmente dolomite, con piccole quantità di carbonato di calcio e brinell. La magnetite si presenta come particelle isolate, framboidi, placche o aggregati sferici. I solfuri sono rappresentati principalmente dalla pirrotite sotto forma di prismi/placche o listelli esagonali irregolari. La matrice contiene una grande quantità di pentlandite submicronica o in combinazione con pirrotite. Le fasi ricche di carbonio (di dimensioni inferiori a 10 µm) sono presenti ovunque nella matrice ricca di fillosilicati. Le fasi ricche di carbonio (di dimensioni inferiori a 10 µm) sono presenti ovunque nella matrice ricca di fillosilicati. La fase di accumulo (dimensione <10 mm) è gestita in modo corretto da una matrice fillosilicata. Le fasi ricche di carbonio (di dimensioni inferiori a 10 µm) sono presenti ovunque nella matrice ricca di fillosilicati.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. La fase di accumulo (dimensione <10 mm) si verifica nella matrice fillosilicata di accumulo. Nella matrice ricca di fillosilicati predominano le fasi ricche di carbonio (<10 µm di dimensione).Altri minerali accessori sono mostrati nella Tabella supplementare 1. L'elenco dei minerali determinato dal modello di diffrazione a raggi X della miscela C0087, A0029 e A0037 è molto coerente con quello determinato nella condrite CI (Orgueil), ma differisce notevolmente dalle condriti CY e CM (tipo Mighei) (Figura 1 con dati espansi e Figura supplementare 2). Il contenuto totale di elementi dei grani di Ryugu (A0098, C0068) è anche coerente con la condrite 6 CI (dati espansi, Fig. 2 e Tabella supplementare 2). Al contrario, le condriti CM sono impoverite di elementi moderatamente e altamente volatili, in particolare Mn e Zn, e più ricche di elementi refrattari7. Le concentrazioni di alcuni elementi variano notevolmente, il che potrebbe riflettere l'eterogeneità intrinseca del campione dovuta alle piccole dimensioni delle singole particelle e al conseguente errore di campionamento. Tutte le caratteristiche petrologiche, mineralogiche ed elementari indicano che i grani di Ryugu sono molto simili alle condriti CI8,9,10. Un'eccezione degna di nota è l'assenza di ferriidrite e solfati nei grani di Ryugu, il che suggerisce che questi minerali nelle condriti CI si siano formati per alterazione meteorica terrestre.
a, Immagine composita a raggi X di Mg Kα (rosso), Ca Kα (verde), Fe Kα (blu) e S Kα (giallo) della sezione lucidata a secco C0068. La frazione è costituita da silicati stratificati (rosso: ~88% in volume), carbonati (dolomite; verde chiaro: ~1,6% in volume), magnetite (blu: ~5,3% in volume) e solfuri (giallo: solfuro = ~2,5% in volume). b, immagine della regione di contorno in elettroni retrodiffusi su a. Bru – immaturo; Dole – dolomite; FeS è solfuro di ferro; Mag – magnetite; juice – steatite; Srp – serpentino. c, immagine di microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione (TEM) di una tipica intercrescita saponite-serpentino che mostra bande reticolari di serpentino e saponite di 0,7 nm e 1,1 nm, rispettivamente.
La composizione della matrice e del silicato stratificato (at %) delle particelle Ryugu A0037 (cerchi rossi pieni) e C0068 (cerchi blu pieni) è mostrata nel sistema ternario (Si+Al)-Mg-Fe. a, Risultati della microanalisi con sonda elettronica (EPMA) confrontati con le condriti CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16 mostrate in grigio per confronto. b, Analisi di microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM) e spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) mostrate per confronto con le meteoriti Orgueil9 e Murchison46 e IDP47 idratato. Sono stati analizzati fillosilicati a grana fine e a grana grossa, evitando piccole particelle di solfuro di ferro. Le linee tratteggiate in a e b mostrano le linee di dissoluzione della saponite e della serpentina. La composizione ricca di ferro in a può essere dovuta a grani submicronici di solfuro di ferro all'interno dei grani di silicato stratificato, che non possono essere esclusi dalla risoluzione spaziale dell'analisi EPMA. I punti dati con un contenuto di Si più elevato rispetto alla saponite in b possono essere causati dalla presenza di materiale amorfo ricco di silicio di dimensioni nanometriche negli interstizi dello strato di fillosilicato. Numero di analisi: N=69 per A0037, N=68 per EPMA, N=68 per C0068, N=19 per A0037 e N=27 per C0068 per STEM-EDS. c, mappa isotopica della particella triossi Ryugu C0014-4 confrontata con i valori delle condriti CI (Orgueil), CY (Y-82162) e dati di letteratura (CM e C2-ung)41,48,49. Abbiamo ottenuto dati per le meteoriti Orgueil e Y-82162. CCAM è una linea di minerali condritici carbonacei anidri, TFL è una linea di demarcazione terrestre. d, mappe di Δ17O e δ18O della particella Ryugu C0014-4, della condrite CI (Orgueil) e della condrite CY (Y-82162) (questo studio). Δ17O_Ryugu: Valore di Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Valore medio di Δ17O per Orgueil. Δ17O_Y-82162: Valore medio di Δ17O per Y-82162. I dati CI e CY dalla letteratura 41, 48, 49 sono mostrati anche per confronto.
L'analisi isotopica di massa dell'ossigeno è stata eseguita su un campione di 1,83 mg di materiale estratto dal C0014 granulare mediante fluorurazione laser (Metodi). Per confronto, abbiamo analizzato sette copie di Orgueil (CI) (massa totale = 8,96 mg) e sette copie di Y-82162 (CY) (massa totale = 5,11 mg) (Tabella supplementare 3).
La figura 2d mostra una chiara separazione di Δ17O e δ18O tra le particelle medie ponderate di Orgueil e Ryugu rispetto a Y-82162. Il Δ17O della particella Ryugu C0014-4 è superiore a quello della particella Orgeil, nonostante la sovrapposizione a 2 deviazioni standard. Le particelle Ryugu presentano valori di Δ17O più elevati rispetto a Orgeil, il che potrebbe riflettere l'inquinamento terrestre di quest'ultima sin dalla sua caduta nel 1864. L'alterazione meteorica nell'ambiente terrestre¹¹ comporta necessariamente l'incorporazione di ossigeno atmosferico, avvicinando l'analisi complessiva alla linea di frazionamento terrestre (TFL). Questa conclusione è coerente con i dati mineralogici (discussi in precedenza) secondo cui i granuli di Ryugu non contengono idrati o solfati, a differenza di quelli di Orgeil.
Sulla base dei dati mineralogici sopra riportati, questi risultati supportano un'associazione tra i grani di Ryugu e le condriti CI, ma escludono un'associazione con le condriti CY. Il fatto che i grani di Ryugu non siano associati alle condriti CY, che mostrano chiari segni di mineralogia da disidratazione, è enigmatico. Le osservazioni orbitali di Ryugu sembrano indicare che abbia subito disidratazione e che sia quindi probabilmente composto da materiale CY. Le ragioni di questa apparente differenza rimangono poco chiare. Un'analisi degli isotopi dell'ossigeno di altre particelle di Ryugu è presentata in un articolo correlato 12. Tuttavia, i risultati di questo set di dati esteso sono anch'essi coerenti con l'associazione tra le particelle di Ryugu e le condriti CI.
Utilizzando tecniche di microanalisi coordinate (Figura supplementare 3), abbiamo esaminato la distribuzione spaziale del carbonio organico sull'intera area superficiale della frazione di fascio ionico focalizzato (FIB) C0068.25 (Figure 3a-f). Gli spettri di assorbimento dei raggi X a struttura fine del carbonio (NEXAFS) al bordo vicino nella sezione C0068.25 mostrano diversi gruppi funzionali: aromatici o C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), CH (287,5 eV) e C(=O)O (288,8 eV). La struttura del grafene è assente a 291,7 eV (Figura 3a), il che significa un basso grado di variazione termica. Il forte picco CH (287,5 eV) dei composti organici parziali di C0068.25 differisce dai composti organici insolubili delle condriti carbonacee studiate in precedenza ed è più simile a IDP14 e alle particelle cometarie ottenute dalla missione Stardust. Un forte picco CH a 287,5 eV e un picco aromatico o C=C molto debole a 285,2 eV indicano che i composti organici sono ricchi di composti alifatici (Fig. 3a e Fig. supplementare 3a). Le aree ricche di composti organici alifatici sono localizzate nei fillosilicati a grana grossa, così come nelle aree con una struttura di carbonio aromatico (o C=C) povera (Fig. 3c,d). Al contrario, A0037,22 (Fig. supplementare 3) ha mostrato parzialmente un contenuto inferiore di regioni ricche di carbonio alifatico. La mineralogia sottostante di questi grani è ricca di carbonati, simile alla condrite CI 16, suggerendo un'estesa alterazione dell'acqua sorgente (Tabella supplementare 1). Le condizioni ossidanti favoriranno concentrazioni più elevate di gruppi funzionali carbonilici e carbossilici nei composti organici associati ai carbonati. La distribuzione submicronica di composti organici con strutture di carbonio alifatiche può essere molto diversa dalla distribuzione dei silicati stratificati a grana grossa. Tracce di composti organici alifatici associati a fillosilicati-OH sono state trovate nel meteorite di Tagish Lake. Dati microanalitici coordinati suggeriscono che la materia organica ricca di composti alifatici potrebbe essere diffusa negli asteroidi di tipo C e strettamente associata ai fillosilicati. Questa conclusione è coerente con precedenti studi che hanno rilevato la presenza di CH alifatici/aromatici nelle particelle di Ryugu, condotti con MicroOmega, un microscopio iperspettrale nel vicino infrarosso. Un quesito importante e ancora irrisolto è se le proprietà uniche dei composti organici ricchi di carbonio alifatico associati ai fillosilicati a grana grossa, osservate in questo studio, si trovino esclusivamente sull'asteroide Ryugu.
a, Spettri di carbonio NEXAFS normalizzati a 292 eV nella regione ricca di aromatici (C=C) (rosso), nella regione ricca di alifatici (verde) e nella matrice (blu). La linea grigia rappresenta lo spettro organico insolubile Murchison 13 per confronto. au, unità di arbitraggio. b, Immagine spettrale di microscopia a raggi X a scansione in trasmissione (STXM) di un bordo K del carbonio che mostra che la sezione è dominata dal carbonio. c, Grafico composito RGB con regioni ricche di aromatici (C=C) (rosso), regioni ricche di alifatici (verde) e matrice (blu). d, i composti organici ricchi di composti alifatici sono concentrati nel fillosilicato a grana grossa; l'area è ingrandita dai riquadri tratteggiati bianchi in b e c. e, grandi nanosfere (ng-1) nell'area ingrandita dal riquadro tratteggiato bianco in b e c. For: pirrotite. Pn: nichel-cromite. f, Spettrometria di massa a ioni secondari su scala nanometrica (NanoSIMS), immagini elementari di idrogeno (1H), carbonio (12C) e azoto (12C14N), immagini del rapporto elementare 12C/1H e immagini isotopiche incrociate δD, δ13C e δ15N – Sezione PG-1: grafite presolare con arricchimento estremo di 13C (Tabella supplementare 4).
Gli studi cinetici sulla degradazione della materia organica nelle meteoriti di Murchison possono fornire informazioni importanti sulla distribuzione eterogenea della materia organica alifatica ricca nei grani di Ryugu. Questo studio mostra che i legami CH alifatici nella materia organica persistono fino a una temperatura massima di circa 30 °C nella roccia madre e/o cambiano con le relazioni tempo-temperatura (ad esempio 200 anni a 100 °C e 0 °C 100 milioni di anni). Se il precursore non viene riscaldato a una data temperatura per più di un certo tempo, la distribuzione originale di organici alifatici ricchi di fillosilicati può essere preservata. Tuttavia, le variazioni dell'acqua nella roccia sorgente possono complicare questa interpretazione, poiché A0037, ricco di carbonati, non mostra regioni alifatiche ricche di carbonio associate ai fillosilicati. Questa variazione di bassa temperatura corrisponde approssimativamente alla presenza di feldspato cubico nei grani di Ryugu (Tabella supplementare 1) 20.
La frazione C0068.25 (ng-1; Figg. 3a–c,e) contiene una grande nanosfera che mostra spettri altamente aromatici (o C=C), moderatamente alifatici e deboli di C(=O)O e C=O. La firma del carbonio alifatico non corrisponde alla firma degli organici insolubili in massa e delle nanosfere organiche associate alle condriti (Fig. 3a) 17,21. L'analisi spettroscopica Raman e infrarossa delle nanosfere nel lago Tagish ha mostrato che sono costituite da composti organici alifatici e ossidati e da composti organici aromatici policiclici disordinati con una struttura complessa22,23. Poiché la matrice circostante contiene organici ricchi di composti alifatici, la firma del carbonio alifatico in ng-1 potrebbe essere un artefatto analitico. È interessante notare che ng-1 contiene silicati amorfi incorporati (Fig. 3e), una struttura che non è stata ancora segnalata per nessun organico extraterrestre. I silicati amorfi possono essere componenti naturali di ng-1 o derivare dall'amorfizzazione di silicati acquosi/anidri mediante fascio di ioni e/o elettroni durante l'analisi.
Le immagini ioniche NanoSIMS della sezione C0068.25 (Fig. 3f) mostrano variazioni uniformi in δ13C e δ15N, ad eccezione dei grani presolari con un grande arricchimento di 13C pari a 30.811‰ (PG-1 nell'immagine δ13C in Fig. 3f) (Tabella supplementare 4). Le immagini dei grani elementari a raggi X e le immagini TEM ad alta risoluzione mostrano solo la concentrazione di carbonio e la distanza tra i piani basali di 0,3 nm, che corrisponde alla grafite. È interessante notare che i valori di δD (841 ± 394‰) e δ15N (169 ± 95‰), arricchiti in materia organica alifatica associata a fillosilicati a grana grossa, risultano essere leggermente superiori alla media per l'intera regione C (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) in C0068.25 (Tabella supplementare 4). Questa osservazione suggerisce che gli organici ricchi di alifatici nei fillosilicati a grana grossa potrebbero essere più primitivi degli organici circostanti, poiché questi ultimi potrebbero aver subito uno scambio isotopico con l'acqua circostante nel corpo originario. In alternativa, questi cambiamenti isotopici potrebbero anche essere correlati al processo di formazione iniziale. Si interpreta che i silicati stratificati a grana fine nelle condriti CI si siano formati come risultato di una continua alterazione degli originali cluster di silicati anidri a grana grossa. La materia organica ricca di alifatici potrebbe essersi formata da molecole precursori nel disco protoplanetario o nel mezzo interstellare prima della formazione del sistema solare, e poi essere stata leggermente alterata durante i cambiamenti dell'acqua del corpo progenitore Ryugu (grande). Le dimensioni (<1,0 km) di Ryugu sono troppo ridotte per mantenere un calore interno sufficiente a innescare l'alterazione acquosa necessaria alla formazione di minerali idrati25. Le dimensioni (<1,0 km) di Ryugu sono troppo ridotte per mantenere un calore interno sufficiente a provocare l'alterazione acquosa necessaria alla formazione di minerali idrati25. Dimensioni (<1,0 km) Lunghezza del tubo piccolo per consentire l'eliminazione del calore dall'acqua con l'acqua минералов25. Dimensioni (<1,0 km) Ryugu è troppo piccolo per mantenere un calore interno sufficiente per il cambiamento dell'acqua e la formazione di minerali nell'acqua25. 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矿物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水矿物25. Misura della lunghezza (<1,0 km) di un piccolo strato di acqua per la rimozione dell'acqua acqua minerale25. Le dimensioni di Ryugu (<1,0 km) sono troppo ridotte per sostenere il calore interno necessario a trasformare l'acqua in minerali25.Pertanto, potrebbero essere necessari predecessori di Ryugu di dimensioni pari a decine di chilometri. La materia organica ricca di composti alifatici potrebbe conservare i suoi rapporti isotopici originali grazie all'associazione con fillosilicati a grana grossa. Tuttavia, la natura esatta dei portatori di isotopi pesanti rimane incerta a causa della complessa e delicata miscelazione dei vari componenti in queste frazioni FIB. Questi potrebbero essere sostanze organiche ricche di composti alifatici nei granuli di Ryugu o nei fillosilicati a grana grossa che li circondano. Si noti che la materia organica in quasi tutte le condriti carbonacee (incluse le condriti CI) tende ad essere più ricca di D che di fillosilicati, con l'eccezione delle meteoriti CM Paris 24, 26.
Grafici del volume δD e δ15N delle sezioni FIB ottenute per le sezioni FIB A0002.23 e A0002.26, A0037.22 e A0037.23 e C0068.23, C0068.25 e C0068.26 (un totale di sette sezioni FIB da tre particelle Ryugu). Un confronto di NanoSIMS con altri oggetti del sistema solare è mostrato nella fig. 4 (Tabella supplementare 4)27,28. Le variazioni di volume in δD e δ15N nei profili A0002, A0037 e C0068 sono coerenti con quelle nell'IDP, ma superiori a quelle nelle condriti CM e CI (Fig. 4). Si noti che l'intervallo di valori δD per il campione della Cometa 29 (-240 a 1655‰) è maggiore di quello di Ryugu. I volumi δD e δ15N dei profili di Ryukyu sono, di norma, inferiori alla media per le comete della famiglia di Giove e la nube di Oort (Fig. 4). I valori δD più bassi delle condriti CI potrebbero riflettere l'influenza della contaminazione terrestre in questi campioni. Date le somiglianze tra Bells, Lake Tagish e IDP, la grande eterogeneità nei valori di δD e δN nelle particelle di Ryugu potrebbe riflettere cambiamenti nelle firme isotopiche iniziali delle composizioni organiche e acquose nel sistema solare primordiale. I cambiamenti isotopici simili in δD e δN nelle particelle di Ryugu e IDP suggeriscono che entrambe potrebbero essersi formate da materiale proveniente dalla stessa sorgente. Si ritiene che le IDP abbiano origine da sorgenti cometarie 14. Pertanto, Ryugu potrebbe contenere materiale simile a quello delle comete e/o almeno proveniente dal sistema solare esterno. Tuttavia, questo potrebbe essere più difficile di quanto affermiamo qui a causa di (1) la miscela di acqua sferulitica e ricca di D sul corpo progenitore 31 e (2) il rapporto D/H della cometa in funzione dell'attività cometaria 32. Tuttavia, le ragioni dell'eterogeneità osservata degli isotopi di idrogeno e azoto nelle particelle di Ryugu non sono completamente comprese, in parte a causa del numero limitato di analisi disponibili oggi. I risultati dei sistemi isotopici di idrogeno e azoto sollevano ancora la possibilità che Ryugu contenga la maggior parte del materiale proveniente dall'esterno del Sistema Solare e quindi possa mostrare alcune somiglianze con le comete. Il profilo di Ryugu non ha mostrato alcuna correlazione apparente tra δ13C e δ15N (Tabella supplementare 4).
La composizione isotopica complessiva di H e N delle particelle di Ryugu (cerchi rossi: A0002, A0037; cerchi blu: C0068) è correlata con la magnitudine solare 27, la famiglia media di Giove (JFC27), le comete della nube di Oort (OCC27), IDP28 e i condruli carbonacei. Confronto del meteorite 27 (CI, CM, CR, C2-ung). La composizione isotopica è riportata nella Tabella supplementare 4. Le linee tratteggiate rappresentano i valori isotopici terrestri per H e N.
Il trasporto di sostanze volatili (ad esempio materia organica e acqua) sulla Terra rimane una questione di interesse26,27,33. La materia organica submicronica associata ai fillosilicati a grana grossa nelle particelle di Ryugu identificate in questo studio potrebbe rappresentare un'importante fonte di sostanze volatili. La materia organica nei fillosilicati a grana grossa è meglio protetta dalla degradazione16,34 e dal decadimento35 rispetto alla materia organica nelle matrici a grana fine. La composizione isotopica più pesante dell'idrogeno nelle particelle implica che è improbabile che esse siano l'unica fonte di sostanze volatili trasportate sulla Terra primordiale. Possono essere mescolate con componenti aventi una composizione isotopica dell'idrogeno più leggera, come recentemente proposto nell'ipotesi della presenza di acqua trasportata dal vento solare nei silicati.
In questo studio, dimostriamo che le meteoriti CI, nonostante la loro importanza geochimica come rappresentanti della composizione complessiva del sistema solare,6,10 sono campioni contaminati da materiale terrestre. Forniamo inoltre prove dirette di interazioni tra la ricca materia organica alifatica e i minerali idrati circostanti e suggeriamo che Ryugu possa contenere materiale extrasolare37. I risultati di questo studio dimostrano chiaramente l'importanza del campionamento diretto dei protoasteroidi e la necessità di trasportare i campioni di ritorno in condizioni completamente inerti e sterili. Le prove qui presentate dimostrano che le particelle di Ryugu sono indubbiamente uno dei materiali del sistema solare meno contaminati disponibili per la ricerca di laboratorio e un ulteriore studio di questi preziosi campioni amplierà senza dubbio la nostra comprensione dei processi primordiali del sistema solare. Le particelle di Ryugu rappresentano al meglio la composizione complessiva del sistema solare.
Per determinare la complessa microstruttura e le proprietà chimiche di campioni su scala submicronica, abbiamo utilizzato la tomografia computerizzata basata sulla radiazione di sincrotrone (SR-XCT) e la diffrazione di raggi X (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. Non si sono verificati fenomeni di degradazione, inquinamento dovuti all'atmosfera terrestre, né danni causati da particelle fini o sollecitazioni meccaniche sui campioni. Nel frattempo, abbiamo effettuato un'analisi volumetrica sistematica utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM)-EDS, EPMA, XRD, analisi per attivazione neutronica strumentale (INAA) e apparecchiature per la fluorurazione isotopica dell'ossigeno laser. Le procedure di analisi sono illustrate nella Figura supplementare 3 e ciascuna analisi è descritta nelle sezioni seguenti.
Le particelle provenienti dall'asteroide Ryugu sono state recuperate dal modulo di rientro Hayabusa-2 e consegnate al Centro di controllo JAXA a Sagamihara, in Giappone, senza inquinare l'atmosfera terrestre4. Dopo la caratterizzazione iniziale e non distruttiva presso una struttura gestita dalla JAXA, utilizzare contenitori di trasferimento intersito sigillabili e sacchetti per capsule di campioni (cristallo di zaffiro e acciaio inossidabile di 10 o 15 mm di diametro, a seconda delle dimensioni del campione) per evitare interferenze ambientali. ambiente. e/o contaminanti del terreno (ad esempio vapore acqueo, idrocarburi, gas atmosferici e particelle fini) e contaminazione incrociata tra campioni durante la preparazione e il trasporto dei campioni tra istituti e università38. Per evitare la degradazione e la contaminazione dovute all'interazione con l'atmosfera terrestre (vapore acqueo e ossigeno), tutte le fasi di preparazione dei campioni (inclusa la scheggiatura con scalpello di tantalio, l'utilizzo di una sega a filo diamantato bilanciata (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) e il taglio della resina epossidica per l'installazione) sono state eseguite in una camera a guanti sotto atmosfera di azoto secco e pulito (punto di rugiada: da -80 a -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Tutti gli strumenti utilizzati sono stati puliti con una miscela di acqua ultrapura ed etanolo mediante ultrasuoni a diverse frequenze.
In questo studio analizziamo la collezione di meteoriti del National Polar Research Institute (NIPR) dell'Antarctic Meteorite Research Center (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 e CY: Y 980115).
Per il trasferimento tra gli strumenti per l'analisi SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS e TEM, abbiamo utilizzato il portacampioni ultrasottile universale descritto in studi precedenti38.
L'analisi SR-XCT dei campioni di Ryugu è stata eseguita utilizzando il sistema CT integrato BL20XU/SPring-8. Il sistema CT integrato è costituito da diverse modalità di misurazione: modalità a campo visivo ampio e bassa risoluzione (WL) per acquisire l'intera struttura del campione, modalità a campo visivo ristretto e alta risoluzione (NH) per la misurazione accurata dell'area di interesse del campione e radiografie per ottenere un modello di diffrazione del volume del campione, ed eseguire XRD-CT per ottenere un diagramma 2D delle fasi minerali del piano orizzontale nel campione. Si noti che tutte le misurazioni possono essere eseguite senza utilizzare il sistema integrato per rimuovere il portacampioni dalla base, consentendo misurazioni CT e XRD-CT accurate. Il rivelatore a raggi X in modalità WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) è stato dotato di una telecamera CMOS (metal-oxide-semiconductor) aggiuntiva da 4608 × 4608 pixel (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) con uno scintillatore costituito da 10 monocristalli di granato di alluminio e lutezio di spessore µm (Lu3Al5O12:Ce) e una lente di relè. La dimensione del pixel in modalità WL è di circa 0,848 µm. Pertanto, il campo visivo (FOV) in modalità WL è di circa 6 mm in modalità CT offset. Il rivelatore a raggi X in modalità NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) era dotato di uno scintillatore in granato di gadolinio-alluminio-gallio (Gd3Al2Ga3O12) dello spessore di 20 µm, una telecamera CMOS (C11440-22CU) con una risoluzione di 2048 × 2048 pixel (Hamamatsu Photonics) e una lente ×20. La dimensione del pixel in modalità NH è di circa 0,25 µm e il campo visivo è di circa 0,5 mm. Il rivelatore per la modalità XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) era dotato di uno scintillatore costituito da uno schermo di polvere P43 (Gd2O2S:Tb) dello spessore di 50 µm, una telecamera CMOS con risoluzione di 2304 × 2304 pixel (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) e una lente di relay. Il rivelatore ha una dimensione effettiva dei pixel di 19,05 µm e un campo visivo di 43,9 mm². Per aumentare il campo visivo, abbiamo applicato una procedura TC offset in modalità WL. L'immagine in luce trasmessa per la ricostruzione TC è costituita da un'immagine nell'intervallo da 180° a 360° riflessa orizzontalmente attorno all'asse di rotazione e da un'immagine nell'intervallo da 0° a 180°.
In modalità XRD, il fascio di raggi X viene focalizzato da una lente di Fresnel. In questa modalità, il rivelatore è posizionato a 110 mm dietro il campione e il diaframma del fascio è a 3 mm davanti al rivelatore. Le immagini di diffrazione nell'intervallo 2θ da 1,43° a 18,00° (passo del reticolo d = 16,6–1,32 Å) sono state ottenute con il punto di raggi X focalizzato nella parte inferiore del campo visivo del rivelatore. Il campione si muove verticalmente a intervalli regolari, con mezzo giro per ogni passo di scansione verticale. Se le particelle minerali soddisfano la condizione di Bragg quando ruotate di 180°, è possibile ottenere la diffrazione delle particelle minerali sul piano orizzontale. Le immagini di diffrazione sono state quindi combinate in un'unica immagine per ogni passo di scansione verticale. Le condizioni del test SR-XRD-CT sono quasi identiche a quelle del test SR-XRD. In modalità XRD-CT, il rivelatore è posizionato a 69 mm dietro il campione. Le immagini di diffrazione nell'intervallo 2θ vanno da 1,2° a 17,68° (d = 19,73 a 1,35 Å), dove sia il fascio di raggi X che il limitatore di fascio sono allineati con il centro del campo visivo del rivelatore. Scansionare il campione orizzontalmente e ruotarlo di 180°. Le immagini SR-XRD-CT sono state ricostruite con le intensità dei picchi minerali come valori dei pixel. Con la scansione orizzontale, il campione viene tipicamente scansionato in 500-1000 passi.
Per tutti gli esperimenti, l'energia dei raggi X è stata fissata a 30 keV, poiché questo è il limite inferiore di penetrazione dei raggi X nelle meteoriti con un diametro di circa 6 mm. Il numero di immagini acquisite per tutte le misurazioni CT durante una rotazione di 180° è stato di 1800 (3600 per il programma CT offset) e il tempo di esposizione per le immagini è stato di 100 ms per la modalità WL, 300 ms per la modalità NH, 500 ms per XRD e 50 ms per XRD-CT. Il tempo tipico di scansione del campione è di circa 10 minuti in modalità WL, 15 minuti in modalità NH, 3 ore per XRD e 8 ore per SR-XRD-CT.
Le immagini TC sono state ricostruite mediante retroproiezione convoluzionale e normalizzate per un coefficiente di attenuazione lineare da 0 a 80 cm⁻¹. Il software Slice è stato utilizzato per analizzare i dati 3D e il software muXRD per analizzare i dati XRD.
Le particelle di Ryugu fissate con resina epossidica (A0029, A0037, C0009, C0014 e C0068) sono state gradualmente lucidate in superficie fino al livello di una pellicola diamantata da 0,5 µm (3M) in condizioni di asciutto, evitando che il materiale entrasse in contatto con la superficie durante il processo di lucidatura. La superficie lucidata di ciascun campione è stata prima esaminata mediante microscopia ottica e poi mediante elettroni retrodiffusi per ottenere immagini mineralogiche e di tessitura (BSE) dei campioni e analisi qualitativa degli elementi NIPR utilizzando un microscopio elettronico a scansione JEOL JSM-7100F dotato di spettrometro a dispersione di energia (AZtec). Per ciascun campione, il contenuto di elementi maggiori e minori è stato analizzato utilizzando una microsonda elettronica (EPMA, JEOL JXA-8200). Sono state analizzate particelle di fillosilicati e carbonati a 5 nA, standard naturali e sintetici a 15 keV, solfuri, magnetite, olivina e pirosseno a 30 nA. I gradi modali sono stati calcolati a partire da mappe elementari e immagini BSE utilizzando il software ImageJ 1.53 con soglie appropriate impostate arbitrariamente per ciascun minerale.
L'analisi degli isotopi dell'ossigeno è stata eseguita presso la Open University (Milton Keynes, Regno Unito) utilizzando un sistema di fluorurazione laser a infrarossi. I campioni di Hayabusa2 sono stati consegnati alla Open University 38 in contenitori riempiti di azoto per il trasferimento tra le strutture.
Il caricamento del campione è stato effettuato in una camera a guanti con atmosfera di azoto e un livello di ossigeno monitorato inferiore allo 0,1%. Per le analisi di Hayabusa2, è stato fabbricato un nuovo portacampioni in nichel, costituito da soli due fori per il campione (diametro 2,5 mm, profondità 5 mm), uno per le particelle di Hayabusa2 e l'altro per lo standard interno di ossidiana. Durante l'analisi, il pozzetto del campione contenente il materiale Hayabusa2 è stato coperto con una finestra interna in BaF2 di circa 1 mm di spessore e 3 mm di diametro per mantenere il campione durante la reazione laser. Il flusso di BrF5 al campione è stato mantenuto da un canale di miscelazione del gas ricavato nel portacampioni in nichel. La camera del campione è stata inoltre riconfigurata in modo da poter essere rimossa dalla linea di fluorurazione sotto vuoto e quindi aperta in una camera a guanti riempita di azoto. La camera in due pezzi è stata sigillata con una guarnizione di compressione in rame e un morsetto a catena EVAC Quick Release CeFIX 38. Una finestra in BaF2 di 3 mm di spessore sulla parte superiore della camera consente l'osservazione simultanea del campione e del riscaldamento laser. Dopo aver caricato il campione, chiudere nuovamente la camera e ricollegarla alla linea fluorurata. Prima dell'analisi, la camera del campione è stata riscaldata sotto vuoto a circa 95 °C per tutta la notte per rimuovere l'umidità adsorbita. Dopo il riscaldamento notturno, la camera è stata lasciata raffreddare a temperatura ambiente e quindi la porzione esposta all'atmosfera durante il trasferimento del campione è stata spurgata con tre aliquote di BrF5 per rimuovere l'umidità. Queste procedure garantiscono che il campione Hayabusa 2 non sia esposto all'atmosfera e non venga contaminato dall'umidità proveniente dalla porzione della linea fluorurata che viene sfiatata all'atmosfera durante il caricamento del campione.
I campioni di particelle Ryugu C0014-4 e Orgueil (CI) sono stati analizzati in una modalità "singola" modificata42, mentre l'analisi Y-82162 (CY) è stata eseguita su un singolo vassoio con più pozzetti per campioni41. A causa della loro composizione anidra, non è necessario utilizzare un singolo metodo per le condriti CY. I campioni sono stati riscaldati utilizzando un laser a CO2 a infrarossi Photon Machines Inc. con una potenza di 50 W (10,6 µm) montato sul gantry XYZ in presenza di BrF5. Il sistema video integrato monitora il corso della reazione. Dopo la fluorurazione, l'O2 liberato è stato purificato utilizzando due trappole criogeniche ad azoto e un letto riscaldato di KBr per rimuovere l'eccesso di fluoro. La composizione isotopica dell'ossigeno purificato è stata analizzata su uno spettrometro di massa a doppio canale Thermo Fisher MAT 253 con una risoluzione di massa di circa 200.
In alcuni casi, la quantità di O2 gassoso rilasciata durante la reazione del campione era inferiore a 140 µg, che rappresenta il limite approssimativo per l'utilizzo del dispositivo a soffietto sullo spettrometro di massa MAT 253. In questi casi, si utilizzano microvolumi per l'analisi. Dopo l'analisi delle particelle di Hayabusa2, lo standard interno di ossidiana è stato fluorurato e ne è stata determinata la composizione isotopica dell'ossigeno.
Gli ioni del frammento NF+ NF3+ interferiscono con il fascio con massa 33 (16O17O). Per eliminare questo potenziale problema, la maggior parte dei campioni viene elaborata utilizzando procedure di separazione criogenica. Ciò può essere fatto in direzione diretta prima dell'analisi MAT 253 o come seconda analisi riportando il gas analizzato allo speciale setaccio molecolare e ripassandolo dopo la separazione criogenica. La separazione criogenica prevede l'immissione di gas in un setaccio molecolare a temperatura di azoto liquido e il successivo scarico in un setaccio molecolare primario a una temperatura di -130 °C. Numerosi test hanno dimostrato che NF+ rimane sul primo setaccio molecolare e che non si verifica una frazionazione significativa con questo metodo.
Sulla base di analisi ripetute dei nostri standard interni di ossidiana, l'accuratezza complessiva del sistema in modalità soffietto è: ±0,053‰ per δ17O, ±0,095‰ per δ18O, ±0,018‰ per Δ17O (2 deviazioni standard). L'analisi degli isotopi dell'ossigeno è fornita nella notazione delta standard, dove delta18O è calcolato come:
Utilizzare anche il rapporto 17O/16O per δ17O. VSMOW è lo standard internazionale per il Vienna Mean Sea Water Standard. Δ17O rappresenta la deviazione dalla linea di frazionamento terrestre e la formula di calcolo è: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Tutti i dati presentati nella Tabella supplementare 3 sono stati corretti per il gap.
Sezioni di spessore approssimativo da 150 a 200 nm sono state estratte da particelle di Ryugu utilizzando uno strumento FIB Hitachi High Tech SMI4050 presso il JAMSTEC, Kochi Core Sampling Institute. Si noti che tutte le sezioni FIB sono state recuperate da frammenti non trattati di particelle non trattate dopo essere state rimosse da contenitori riempiti di gas N2 per il trasferimento inter-oggetto. Questi frammenti non sono stati misurati tramite SR-CT, ma sono stati trattati con un'esposizione minima all'atmosfera terrestre per evitare potenziali danni e contaminazioni che potrebbero influenzare lo spettro del bordo K del carbonio. Dopo la deposizione di uno strato protettivo di tungsteno, la regione di interesse (fino a 25 × 25 μm2) è stata tagliata e assottigliata con un fascio di ioni Ga+ a una tensione di accelerazione di 30 kV, quindi a 5 kV e una corrente di sonda di 40 pA per ridurre al minimo i danni superficiali. Le sezioni ultrasottili sono state quindi posizionate su una rete di rame ingrandita (rete di Kochi) 39 utilizzando un micromanipolatore dotato di FIB.
I pellet Ryugu A0098 (1,6303 mg) e C0068 (0,6483 mg) sono stati sigillati due volte in fogli di polietilene puro ad alta purezza in una camera a guanti riempita di azoto puro sull'SPring-8 senza alcuna interazione con l'atmosfera terrestre. La preparazione del campione per JB-1 (una roccia di riferimento geologica rilasciata dal Servizio Geologico del Giappone) è stata effettuata presso l'Università Metropolitana di Tokyo.
L'analisi INAA si svolge presso l'Istituto per le Scienze Integrate di Radiazione e Nucleari dell'Università di Kyoto. I campioni sono stati irradiati due volte con diversi cicli di irradiazione scelti in base all'emivita del nuclide utilizzato per la quantificazione degli elementi. Inizialmente, il campione è stato irradiato in un tubo di irradiazione pneumatico per 30 secondi. I flussi di neutroni termici e veloci nella figura 3 sono rispettivamente 4,6 × 10¹² e 9,6 × 10¹¹ cm⁻² s⁻¹, per la determinazione dei contenuti di Mg, Al, Ca, Ti, V e Mn. Sono stati irradiati anche reagenti chimici come MgO (purezza 99,99%, Soekawa Chemical), Al (purezza 99,9%, Soekawa Chemical) e Si metallico (purezza 99,999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical) per correggere le reazioni nucleari interferenti come (n, n). Il campione è stato anche irradiato con cloruro di sodio (purezza 99,99%; MANAC) per correggere le variazioni del flusso neutronico.
Dopo l'irradiazione neutronica, il foglio esterno di polietilene è stato sostituito con uno nuovo e la radiazione gamma emessa dal campione e dal riferimento è stata immediatamente misurata con un rivelatore Ge. Gli stessi campioni sono stati re-irradiati per 4 ore in un tubo di irradiazione pneumatico. 2 ha flussi di neutroni termici e veloci rispettivamente di 5,6 1012 e 1,2 1012 cm-2 s-1, per la determinazione di Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Contenuto Se, Sb, Os, Ir e Au. Campioni di controllo di Ga, As, Se, Sb, Os, Ir e Au sono stati irradiati applicando quantità appropriate (da 10 a 50 μg) di soluzioni standard a concentrazioni note di questi elementi su due pezzi di carta da filtro, seguiti dall'irradiazione dei campioni. Il conteggio dei raggi gamma è stato eseguito presso l'Istituto di Scienze Integrate delle Radiazioni e Nucleari, Università di Kyoto e il Centro di Ricerca RI, Università Metropolitana di Tokyo. Le procedure analitiche e i materiali di riferimento per la determinazione quantitativa degli elementi mediante INAA sono gli stessi descritti nel nostro precedente lavoro.
Presso il NIPR è stato utilizzato un diffrattometro a raggi X (Rigaku SmartLab) per raccogliere i diagrammi di diffrazione dei campioni di Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) e C0087 (<1 mg). Presso il NIPR è stato utilizzato un diffrattometro a raggi X (Rigaku SmartLab) per raccogliere i diagrammi di diffrazione dei campioni di Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) e C0087 (<1 mg). Difrattometro a noleggio (Rigaku SmartLab) utilizzato per la creazione di schede diapositive Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 мг) è C0087 (<1 мг) в NIPR. Per raccogliere i modelli di diffrazione dei campioni Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) e C0087 (<1 mg) nel NIPR è stato utilizzato un diffrattometro a raggi X (Rigaku SmartLab).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) 的衍射图案.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) 的衍射图案. L'immagine grafica Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) e C0087 (<1 mg) sono state utilizzate in NIPR con l'uso рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). I diffrattogrammi a raggi X dei campioni Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) e C0087 (<1 mg) sono stati ottenuti presso il NIPR utilizzando un diffrattometro a raggi X (Rigaku SmartLab).Tutti i campioni sono stati macinati fino a ottenere una polvere fine su un wafer di silicio antiriflesso utilizzando una piastra di vetro zaffiro e quindi distribuiti uniformemente sul wafer di silicio antiriflesso senza alcun liquido (acqua o alcol). Le condizioni di misurazione sono le seguenti: la radiazione X Cu Kα è generata a una tensione del tubo di 40 kV e una corrente del tubo di 40 mA, la lunghezza della fenditura limitatrice è di 10 mm, l'angolo di divergenza è (1/6)°, la velocità di rotazione sul piano è di 20 rpm e l'intervallo 2θ (doppio angolo di Bragg) è 3-100° e richiede circa 28 ore per l'analisi. È stata utilizzata un'ottica Bragg Brentano. Il rivelatore è un rivelatore a semiconduttore di silicio unidimensionale (D/teX Ultra 250). I raggi X Cu Kβ sono stati rimossi utilizzando un filtro al nichel. Utilizzando i campioni disponibili, le misurazioni di saponite magnesiaca sintetica (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentino (serpentino fogliare, Miyazu, Nikka) e pirrotite (monoclinica 4C, Chihuahua, Messico Watts) sono state confrontate per identificare i picchi e utilizzare i dati di diffrazione del file di polvere dell'International Center for Diffraction Data, dolomite (PDF 01-071-1662) e magnetite (PDF 00-019-0629). I dati di diffrazione di Ryugu sono stati anche confrontati con i dati su condriti carbonacee idroalterate, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 e Y 980115 CY (stadio di riscaldamento III, 500–750 °C). Il confronto ha mostrato somiglianze con Orgueil, ma non con Y-791198 e Y 980115.
Gli spettri NEXAFS con bordo di assorbimento K del carbonio di sezioni ultrasottili di campioni ottenuti tramite FIB sono stati misurati utilizzando il canale STXM BL4U presso la struttura di sincrotrone UVSOR dell'Istituto di Scienze Molecolari (Okazaki, Giappone). La dimensione dello spot del fascio focalizzato otticamente con una lente di Fresnel è di circa 50 nm. Il passo energetico è di 0,1 eV per la struttura fine della regione del bordo vicino (283,6–292,0 eV) e di 0,5 eV (280,0–283,5 eV e 292,5–300,0 eV) per le regioni anteriore e posteriore. Il tempo per ogni pixel dell'immagine è stato impostato a 2 ms. Dopo l'evacuazione, la camera analitica STXM è stata riempita con elio a una pressione di circa 20 mbar. Ciò contribuisce a minimizzare la deriva termica dell'apparecchiatura ottica a raggi X nella camera e nel portacampioni, nonché a ridurre danni e/o ossidazione del campione. Gli spettri di carbonio NEXAFS al bordo K sono stati generati da dati sovrapposti utilizzando il software aXis2000 e il software proprietario di elaborazione dati STXM. Si noti che la custodia per il trasferimento del campione e la camera a guanti vengono utilizzate per evitare l'ossidazione e la contaminazione del campione.
A seguito dell'analisi STXM-NEXAFS, la composizione isotopica di idrogeno, carbonio e azoto delle sezioni FIB di Ryugu è stata analizzata mediante imaging isotopico con un JAMSTEC NanoSIMS 50L. Un fascio primario di Cs+ focalizzato di circa 2 pA per l'analisi degli isotopi di carbonio e azoto e di circa 13 pA per l'analisi degli isotopi di idrogeno è stato scansionato su un'area di circa 24 × 24 µm2 a 30 × 30 µm2 sul campione. Dopo un pre-spray di 3 minuti con una corrente del fascio primario relativamente forte, ogni analisi è stata avviata dopo la stabilizzazione dell'intensità del fascio secondario. Per l'analisi degli isotopi di carbonio e azoto, le immagini di 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– e 12C15N– sono state ottenute simultaneamente utilizzando un sistema di rilevamento multiplex a sette moltiplicatori di elettroni con una risoluzione di massa di circa 9000, sufficiente a separare tutti i composti isotopici rilevanti. interferenza (ad esempio 12C1H su 13C e 13C14N su 12C15N). Per l'analisi degli isotopi dell'idrogeno, sono state ottenute immagini 1H-, 2D- e 12C- con una risoluzione di massa di circa 3000 con rilevamento multiplo utilizzando tre moltiplicatori di elettroni. Ogni analisi consiste in 30 immagini scansionate della stessa area, con un'immagine composta da 256 × 256 pixel per l'analisi degli isotopi di carbonio e azoto e 128 × 128 pixel per l'analisi degli isotopi dell'idrogeno. Il tempo di ritardo è di 3000 µs per pixel per l'analisi degli isotopi di carbonio e azoto e di 5000 µs per pixel per l'analisi degli isotopi dell'idrogeno. Abbiamo utilizzato 1-idrossibenzotriazolo idrato come standard di isotopi di idrogeno, carbonio e azoto per calibrare il frazionamento di massa strumentale45.
Per determinare la composizione isotopica del silicio nella grafite presolare del profilo FIB C0068-25, abbiamo utilizzato sei moltiplicatori di elettroni con una risoluzione di massa di circa 9000. Le immagini sono composte da 256 × 256 pixel con un tempo di ritardo di 3000 µs per pixel. Abbiamo calibrato uno strumento di frazionamento di massa utilizzando wafer di silicio come standard di isotopi di idrogeno, carbonio e silicio.
Le immagini isotopiche sono state elaborate utilizzando il software di imaging NanoSIMS45 della NASA. I dati sono stati corretti per il tempo morto del moltiplicatore di elettroni (44 ns) e per gli effetti di arrivo quasi simultaneo. Per ogni immagine è stato utilizzato un diverso allineamento di scansione per correggere la deriva dell'immagine durante l'acquisizione. L'immagine isotopica finale è stata creata sommando gli ioni secondari di ciascuna immagine per ogni pixel di scansione.
Dopo l'analisi STXM-NEXAFS e NanoSIMS, le stesse sezioni FIB sono state esaminate utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione (JEOL JEM-ARM200F) a una tensione di accelerazione di 200 kV presso il JAMSTEC di Kochi. La microstruttura è stata osservata utilizzando un TEM in campo chiaro e un TEM a scansione ad alto angolo in campo scuro. Le fasi minerali sono state identificate mediante diffrazione elettronica puntiforme e imaging delle bande reticolari, e l'analisi chimica è stata eseguita mediante EDS con un rivelatore a deriva di silicio da 100 mm2 e il software JEOL Analysis Station 4.30. Per l'analisi quantitativa, l'intensità caratteristica dei raggi X per ciascun elemento è stata misurata in modalità di scansione TEM con un tempo di acquisizione dati fisso di 30 s, un'area di scansione del fascio di ~100 × 100 nm2 e una corrente del fascio di 50 pA. Il rapporto (Si + Al)-Mg-Fe nei silicati stratificati è stato determinato utilizzando il coefficiente sperimentale k, corretto per lo spessore, ottenuto da uno standard di piropagarnet naturale.
Tutte le immagini e le analisi utilizzate in questo studio sono disponibili sul sistema di archiviazione e comunicazione dati JAXA (DARTS) all'indirizzo https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Questo articolo fornisce i dati originali.
Kitari, K. et al. Composizione superficiale dell'asteroide 162173 Ryugu osservata dallo strumento NIRS3 di Hayabusa2. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Condriti carbonacee di tipo Yamato (CY): analoghi della superficie dell'asteroide Ryugu? Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al. La prima analisi compositiva di campioni di Ryugu è stata eseguita utilizzando un microscopio iperspettrale MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
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