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Volatili e ricchi di materia organica, gli asteroidi di tipo C potrebbero essere una delle principali fonti d'acqua sulla Terra.Allo stato attuale, le condriti contenenti carbonio danno la migliore idea della loro composizione chimica, ma le informazioni sui meteoriti sono distorte: solo i tipi più durevoli sopravvivono entrando nell'atmosfera e quindi interagendo con l'ambiente terrestre.Qui presentiamo i risultati di un dettagliato studio volumetrico e microanalitico della particella primaria di Ryugu consegnata sulla Terra dal veicolo spaziale Hayabusa-2.Le particelle Ryugu mostrano una stretta corrispondenza nella composizione con le condriti CI (tipo Iwuna) chimicamente non frazionate ma alterate dall'acqua, che sono ampiamente utilizzate come indicatori della composizione complessiva del sistema solare.Questo esemplare mostra una complessa relazione spaziale tra sostanze organiche alifatiche ricche e silicati stratificati e indica una temperatura massima di circa 30 °C durante l'erosione dell'acqua.Abbiamo trovato un'abbondanza di deuterio e diazonio compatibile con un'origine extrasolare.Le particelle di Ryugu sono il materiale alieno più incontaminato e inseparabile mai studiato e si adattano meglio alla composizione complessiva del sistema solare.
Da giugno 2018 a novembre 2019, la navicella spaziale Hayabusa2 della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) ha condotto un'ampia indagine a distanza dell'asteroide Ryugu.I dati del Near Infrared Spectrometer (NIRS3) di Hayabusa-2 suggeriscono che Ryugu potrebbe essere composto da un materiale simile alle condriti carboniose termicamente e/o shock-metamorfiche.La corrispondenza più vicina è la condrite CY (tipo Yamato) 2. Il basso albedo di Ryugu può essere spiegato dalla presenza di un gran numero di componenti ricchi di carbonio, nonché dalla dimensione delle particelle, dalla porosità e dagli effetti di alterazione spaziale.La navicella Hayabusa-2 ha effettuato due atterraggi e una raccolta di campioni su Ryuga.Durante il primo atterraggio, il 21 febbraio 2019, è stato prelevato materiale di superficie, che è stato immagazzinato nel compartimento A della capsula di ritorno, e durante il secondo atterraggio, l'11 luglio 2019, è stato raccolto materiale vicino a un cratere artificiale formato da un piccolo impattatore portatile.Questi campioni sono conservati nel reparto C. La caratterizzazione iniziale non distruttiva delle particelle nella Fase 1 in camere speciali, non contaminate e piene di azoto puro presso strutture gestite dalla JAXA ha indicato che le particelle Ryugu erano molto simili alle condriti CI4 e mostravano "vari livelli di variazione"3.La classificazione apparentemente contraddittoria di Ryugu, simile alle condriti CY o CI, può essere risolta solo mediante una dettagliata caratterizzazione isotopica, elementare e mineralogica delle particelle 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 Ryugu (circa 60 mg in totale), quattro dalla Camera A e quattro dalla Camera C, sono stati assegnati alla Fase 2 per gestire il team Kochi.L'obiettivo principale dello studio è chiarire la natura, l'origine e la storia evolutiva dell'asteroide Ryugu e documentare somiglianze e differenze con altri esemplari extraterrestri noti come condriti, particelle di polvere interplanetaria (IDP) e comete di ritorno.Campioni raccolti dalla missione Stardust della NASA.
L'analisi mineralogica dettagliata di cinque grani Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 e C0068) ha mostrato che sono composti principalmente da fillosilicati a grana fine e grossa (~ 64-88 vol.%; Fig. 1a, b, Fig. 1 supplementare).e tabella aggiuntiva 1).I fillosilicati a grana grossa si presentano come aggregati pennati (dimensioni fino a decine di micron) in matrici ricche di fillosilicati a grana fine (dimensioni inferiori a pochi micron).Le particelle di silicato stratificato sono simbionti serpentino-saponite (figura 1c).La mappa (Si + Al) -Mg-Fe mostra anche che la matrice di silicato a strati sfusi ha una composizione intermedia tra serpentino e saponite (Fig. 2a, b).La matrice di fillosilicato contiene minerali di carbonato (~ 2–21 vol.%), minerali di solfuro (~ 2,4–5,5 vol.%) e magnetite (~ 3,6–6,8 vol.%).Una delle particelle esaminate in questo studio (C0009) conteneva una piccola quantità (~0,5 vol.%) di silicati anidri (olivina e pirosseno), che possono aiutare a identificare il materiale di partenza che componeva la pietra Ryugu grezza5.Questo silicato anidro è raro nei pellet Ryugu ed è stato identificato positivamente solo nel pellet C0009.I carbonati sono presenti nella matrice come frammenti (meno di qualche centinaio di micron), per lo più 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 principalmente rappresentati dalla pirrotite sotto forma di prismi/piastre esagonali irregolari o listelli.La matrice contiene una grande quantità di pentlandite submicron o in combinazione con pirrotite. Le fasi ricche di carbonio (dimensioni <10 µm) si trovano ubiquitariamente nella matrice ricca di fillosilicati. Le fasi ricche di carbonio (dimensioni <10 µm) si trovano ubiquitariamente nella matrice ricca di fillosilicati. Le dimensioni più grandi (dimensioni <10 mm) vengono trasferite su una matrice di film di grandi dimensioni. Le fasi ricche di carbonio (dimensioni <10 µm) si trovano ubiquitariamente 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. Le dimensioni di un amplificatore di massa (dimensioni <10 mm) si adattano a una matrice di fili di gomma. Le fasi ricche di carbonio (<10 µm di dimensione) predominano nella matrice ricca di fillosilicato.Altri minerali ausiliari sono mostrati nella Tabella supplementare 1. L'elenco dei minerali determinato dal modello di diffrazione dei raggi X della miscela C0087 e 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 2 supplementare).Anche il contenuto totale di elementi dei grani Ryugu (A0098, C0068) è coerente con la condrite 6 CI (dati estesi, Fig. 2 e Tabella supplementare 2).Al contrario, le condriti CM sono impoverite in elementi moderatamente e altamente volatili, specialmente Mn e Zn, e più in alto in elementi refrattari7.Le concentrazioni di alcuni elementi variano notevolmente, il che può essere un riflesso dell'intrinseca eterogeneità del campione dovuta alle piccole dimensioni delle singole particelle e al conseguente errore di campionamento.Tutte le caratteristiche petrologiche, mineralogiche ed elementali 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 solfato nei grani Ryugu, suggerendo che questi minerali nelle condriti CI si siano formati dall'erosione terrestre.
a, Immagine radiografica composita della sezione lucidata a secco C0068 di Mg Kα (rosso), Ca Kα (verde), Fe Kα (blu) e S Kα (giallo).La frazione è costituita da silicati stratificati (rosso: ~ 88 vol%), carbonati (dolomite; verde chiaro: ~ 1,6 vol%), magnetite (blu: ~ 5,3 vol%) e solfuri (giallo: solfuro = ~ 2,5% vol. saggio. b, immagine della regione di contorno in elettroni retrodiffusi su a. Bru - immaturo; Dole - dolomite; FeS è solfuro di ferro; Mag - magnetite; succo - pietra ollare; Srp - serpentino. c, alta risoluzione Immagine al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) di una tipica crescita incrociata saponite-serpentino che mostra bande di reticolo serpentino e saponite rispettivamente di 0,7 nm e 1,1 nm.
La composizione della matrice e del silicato stratificato (al %) delle particelle Ryugu A0037 (cerchi rossi pieni) e C0068 (cerchi blu pieni) è mostrata nel sistema ternario (Si+Al)-Mg-Fe.a, risultati di Electron Probe Microanalysis (EPMA) tracciati contro i condriti CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16 mostrati in grigio per confronto.b, Scanning TEM (STEM) e analisi della spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) mostrata per il confronto con meteoriti Orgueil9 e Murchison46 e IDP47 idratato.Sono stati analizzati fillosilicati a grana fine ea grana grossa, evitando piccole particelle di solfuro di ferro.Le linee tratteggiate in aeb mostrano le linee di dissoluzione di saponite e serpentino.La composizione ricca di ferro in a può essere dovuta a grani di solfuro di ferro submicron all'interno dei grani di silicato stratificati, 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 ricco di silicio amorfo 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 rispetto ai valori di condrite CI (Orgueil), CY (Y-82162) e dati di letteratura (CM e C2-ung)41,48,49.Abbiamo ottenuto dati per i meteoriti Orgueil e Y-82162.CCAM è una linea di minerali di condrite carboniosa anidra, TFL è una linea di demarcazione terrestre.d, mappe Δ17O e δ18O della particella Ryugu C0014-4, condrite CI (Orgueil) e condrite CY (Y-82162) (questo studio).Δ17O_Ryugu: il valore di Δ17O C0014-1.Δ17O_Orgueil: Valore medio Δ17O per Orgueil.Δ17O_Y-82162: Valore medio Δ17O per Y-82162.I dati CI e CY dalla letteratura 41, 48, 49 sono anche mostrati per confronto.
L'analisi isotopica di massa dell'ossigeno è stata eseguita su un campione di 1,83 mg di materiale estratto da C0014 granulare mediante fluorurazione laser (Metodi).Per confronto, abbiamo eseguito 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).
Sulla fig.2d mostra una netta separazione di Δ17O e δ18O tra le particelle medie ponderali 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 sd.Le particelle di Ryugu hanno valori Δ17O più elevati rispetto a Orgeil, il che potrebbe riflettere l'inquinamento terrestre di quest'ultimo dalla sua caduta nel 1864. L'erosione 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) che i grani Ryugu non contengono idrati o solfati, mentre Orgeil sì.
Sulla base dei dati mineralogici di cui sopra, questi risultati supportano un'associazione tra grani Ryugu e condriti CI, ma escludono un'associazione di condriti CY.Il fatto che i grani Ryugu non siano associati alle condriti CY, che mostrano chiari segni di mineralogia di disidratazione, lascia perplessi.Le osservazioni orbitali di Ryugu sembrano indicare che ha subito la disidratazione ed è quindi probabilmente composto da materiale CY.Le ragioni di questa apparente differenza rimangono poco chiare.Un'analisi dell'isotopo dell'ossigeno di altre particelle Ryugu è presentata in un documento di accompagnamento 12. Tuttavia, i risultati di questo set di dati esteso sono anche coerenti con l'associazione tra particelle Ryugu e condriti CI.
Utilizzando tecniche di microanalisi coordinate (Figura 3 supplementare), abbiamo esaminato la distribuzione spaziale del carbonio organico sull'intera superficie della frazione del fascio ionico focalizzato (FIB) C0068.25 (Figure 3a-f).Spettri di assorbimento dei raggi X a struttura fine del carbonio (NEXAFS) sul bordo vicino nella sezione C0068.25 che mostrano diversi gruppi funzionali - aromatico 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 (Fig. 3a), il che significa un basso grado di variazione termica.Il forte picco CH (287,5 eV) delle sostanze organiche parziali di C0068.25 differisce dalle sostanze organiche insolubili delle condriti carboniose precedentemente studiate 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. 3a supplementare).Aree ricche di composti organici alifatici sono localizzate in fillosilicati a grana grossa, così come in aree con una struttura carboniosa aromatica (o C=C) scarsa (Fig. 3c, d).Al contrario, A0037,22 (Figura 3 supplementare) mostrava 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 di fonte (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 delle sostanze organiche con strutture di carbonio alifatiche può essere molto diversa dalla distribuzione dei silicati stratificati a grana grossa.Nel meteorite del lago Tagish sono stati trovati accenni di composti organici alifatici associati al fillosilicato-OH.Dati microanalitici coordinati suggeriscono che la materia organica ricca di composti alifatici può essere diffusa negli asteroidi di tipo C e strettamente associata ai fillosilicati.Questa conclusione è coerente con precedenti segnalazioni di CH alifatici/aromatici nelle particelle Ryugu dimostrate da MicroOmega, un microscopio iperspettrale nel vicino infrarosso.Una questione importante e irrisolta è se le proprietà uniche dei composti organici alifatici ricchi di carbonio associati ai fillosilicati a grana grossa osservati in questo studio si trovino solo sull'asteroide Ryugu.
a, spettri di carbonio NEXAFS normalizzati a 292 eV nella regione ricca aromatica (C = C) (rossa), nella regione ricca alifatica (verde) e nella matrice (blu).La linea grigia è lo spettro organico insolubile di Murchison 13 per il confronto.au, unità di arbitrato.b, Immagine spettrale al microscopio a raggi X a trasmissione a scansione (STXM) di un bordo K di carbonio che mostra che la sezione è dominata dal carbonio.c, trama composita RGB con regioni ricche aromatiche (C=C) (rosse), regioni ricche alifatiche (verdi) e matrice (blu).d, le sostanze organiche ricche di composti alifatici sono concentrate nel fillosilicato a grana grossa, l'area è ingrandita dalle caselle tratteggiate bianche in b e c.e, grandi nanosfere (ng-1) nell'area ingrandita dalla casella tratteggiata bianca in b e c.Per: pirrotite.Pn: nichel-cromite.f, immagini elementali di spettrometria di massa di ioni secondari su nanoscala (NanoSIMS), idrogeno (1H), carbonio (12C) e azoto (12C14N), immagini del rapporto elemento 12C / 1H e immagini isotopiche incrociate δD, δ13C e δ15N - Sezione PG-1: grafite presolare con estremo arricchimento 13C (Tabella supplementare 4).
Gli studi cinetici sulla degradazione della materia organica nei meteoriti di Murchison possono fornire importanti informazioni sulla distribuzione eterogenea della materia organica alifatica ricca di grani Ryugu.Questo studio mostra che i legami CH alifatici nella materia organica persistono fino a una temperatura massima di circa 30°C al capostipite 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 ad una data temperatura per più di un certo tempo, può essere conservata la distribuzione originaria di sostanze organiche alifatiche ricche di fillosilicato.Tuttavia, i cambiamenti dell'acqua della roccia di origine possono complicare questa interpretazione, poiché A0037 ricco di carbonati non mostra alcuna regione alifatica ricca di carbonio associata ai fillosilicati.Questa bassa variazione di temperatura corrisponde approssimativamente alla presenza di feldspato cubico nei grani 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 di sostanze organiche insolubili alla rinfusa e nanosfere organiche associate a 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 composti organici aromatici policiclici disordinati con una struttura complessa22,23.Poiché la matrice circostante contiene sostanze organiche ricche di composti alifatici, la firma del carbonio alifatico in ng-1 può essere un artefatto analitico.È interessante notare che ng-1 contiene silicati amorfi incorporati (Fig. 3e), una trama che non è stata ancora segnalata per alcun 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 cambiamenti uniformi in δ13C e δ15N, ad eccezione dei grani presolari con un grande arricchimento di 13C di 30.811‰ (PG-1 nell'immagine δ13C in Fig. 3f) (Tabella supplementare 4).Le immagini a raggi X di grani elementari 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 dell'intera regione C (δD = 528 ± 139‰).‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) in C0068.25 (tabella supplementare 4).Questa osservazione suggerisce che le sostanze organiche ricche di alifatiche nei fillosilicati a grana grossa possono essere più primitive delle sostanze organiche circostanti, poiché queste ultime potrebbero aver subito uno scambio isotopico con l'acqua circostante nel corpo originale.In alternativa, questi cambiamenti isotopici possono 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 della continua alterazione dei grappoli di silicato anidro a grana grossa originali.La materia organica ricca di alifatiche potrebbe essersi formata da molecole precursori nel disco protoplanetario o nel mezzo interstellare prima della formazione del sistema solare, e quindi essere stata leggermente alterata durante i cambi d'acqua del corpo progenitore Ryugu (grande). La dimensione (<1,0 km) di Ryugu è troppo piccola per mantenere sufficientemente il calore interno per l'alterazione acquosa per formare minerali idrati25. La dimensione (<1,0 km) di Ryugu è troppo piccola per mantenere un calore interno sufficiente per l'alterazione acquosa per formare minerali idrati25. Размер (<1,0 KM) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменения с об разованием водных минералов25. Dimensioni (<1,0 km) Ryugu è troppo piccolo per mantenere un calore interno sufficiente per il cambio d'acqua per formare minerali d'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。 La dimensione del raggio (<1,0 cm) è piccola, che consente di raggiungere il tepore necessario per l'isolamento del flusso d'aria х минералов25. La dimensione di Ryugu (<1,0 km) è troppo piccola per supportare il calore interno per cambiare l'acqua per formare minerali d'acqua25.Pertanto, potrebbero essere necessari predecessori Ryugu di decine di chilometri.La materia organica ricca di composti alifatici può mantenere i rapporti isotopici originali a causa dell'associazione con fillosilicati a grana grossa.Tuttavia, l'esatta natura dei portatori isotopici pesanti rimane incerta a causa della complessa e delicata miscelazione dei vari componenti in queste frazioni FIB.Queste possono essere sostanze organiche ricche di composti alifatici nei granuli di Ryugu o fillosilicati grossolani che li circondano.Si noti che la materia organica in quasi tutte le condriti carboniose (comprese le condriti CI) tende ad essere più ricca in D che in fillosilicati, ad eccezione dei meteoriti CM Paris 24, 26.
Grafici di volume ΔD e Δ15n di fette di Fib ottenute per A0002.23 e A0002.26, A0037.22 e A0037.23 e C0068.23, C0068.25 e C0068.26 Fib Fib (un totale delle fessure FIB da tre particelle di ryugu) e fico con gli altri oggetti di syms dei consaluvi delle fessure di sid -susfer.4 (Tabella supplementare 4)27,28.Le variazioni di volume in δD e δ15N nei profili A0002, A0037 e C0068 sono coerenti con quelle dell'IDP, ma superiori a quelle delle condriti CM e CI (Fig. 4).Si noti che l'intervallo dei valori δD per il campione della cometa 29 (da -240 a 1655‰) è più ampio di quello di Ryugu.I volumi δD e δ15N dei profili Ryukyu sono, di regola, inferiori alla media delle comete della famiglia di Giove e della nube di Oort (Fig. 4).I valori δD inferiori delle condriti CI possono riflettere l'influenza della contaminazione terrestre in questi campioni.Date le somiglianze tra Bells, Lake Tagish e IDP, la grande eterogeneità nei valori δD e δN nelle particelle Ryugu può riflettere i cambiamenti nelle firme isotopiche iniziali delle composizioni organiche e acquose nel primo sistema solare.I cambiamenti isotopici simili in δD e δN nelle particelle Ryugu e IDP suggeriscono che entrambi potrebbero essersi formati da materiale proveniente dalla stessa fonte.Si ritiene che gli sfollati interni provengano da fonti cometarie 14 .Pertanto, Ryugu può contenere materiale simile a una cometa e/o almeno il sistema solare esterno.Tuttavia, questo può essere più difficile di quanto affermiamo qui a causa (1) della miscela di acqua sferulitica e ricca di D sul corpo genitore 31 e (2) del 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 oggi disponibili.I risultati dei sistemi di isotopi di idrogeno e azoto aumentano ancora la possibilità che Ryugu contenga la maggior parte del materiale proveniente dall'esterno del Sistema Solare e quindi possa mostrare qualche somiglianza con le comete.Il profilo 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 alla magnitudine solare 27, alla famiglia media di Giove (JFC27) e alle comete della nube di Oort (OCC27), IDP28 e alle condrule carboniose.Confronto del meteorite 27 (CI, CM, CR, C2-ung).La composizione isotopica è riportata nella Tabella supplementare 4. Le linee tratteggiate sono i valori degli isotopi terrestri per H e N.
Il trasporto di sostanze volatili (ad es. materia organica e acqua) sulla Terra rimane un problema26,27,33.La materia organica submicron associata ai fillosilicati grossolani nelle particelle Ryugu identificate in questo studio può essere 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 significa che è improbabile che siano l'unica fonte di sostanze volatili trasportate sulla Terra primordiale.Possono essere miscelati con componenti con una composizione isotopica dell'idrogeno più leggera, come è stato recentemente proposto nell'ipotesi della presenza di acqua spinta dal vento solare nei silicati.
In questo studio, mostriamo che i meteoriti CI, nonostante la loro importanza geochimica come rappresentanti della composizione complessiva del sistema solare,6,10 sono campioni terrestri contaminati.Forniamo anche prove dirette delle interazioni tra la ricca materia organica alifatica e i vicini minerali idrati 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 restituiti in condizioni completamente inerti e sterili.Le prove qui presentate mostrano che le particelle di Ryugu sono senza dubbio uno dei materiali del sistema solare più incontaminati disponibili per la ricerca di laboratorio, e ulteriori studi su questi preziosi campioni amplieranno senza dubbio la nostra comprensione dei primi processi del sistema solare.Le particelle Ryugu sono la migliore rappresentazione della composizione complessiva del sistema solare.
Per determinare la complessa microstruttura e le proprietà chimiche dei campioni su scala submicronica, abbiamo utilizzato la tomografia computerizzata basata su radiazione di sincrotrone (SR-XCT) e la diffrazione di raggi X SR (XRD)-CT, l'analisi FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM.Nessun degrado, inquinamento dovuto all'atmosfera terrestre e nessun danno da particelle fini o campioni meccanici.Nel frattempo, abbiamo effettuato un'analisi volumetrica sistematica utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM)-EDS, EPMA, XRD, l'analisi strumentale di attivazione dei neutroni (INAA) e le apparecchiature di fluorurazione dell'isotopo dell'ossigeno laser.Le procedure di analisi sono mostrate nella Figura 3 supplementare e ogni analisi è descritta nelle sezioni seguenti.
Le particelle dell'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 da JAXA, utilizzare contenitori di trasferimento inter-sito sigillabili e sacchetti per capsule campione (vetro zaffiro di 10 o 15 mm di diametro e acciaio inossidabile, a seconda delle dimensioni del campione) per evitare interferenze ambientali.ambiente.e/o contaminanti del terreno (ad es. vapore acqueo, idrocarburi, gas atmosferici e particelle fini) e contaminazione incrociata tra campioni durante la preparazione del campione e il trasporto tra istituti e università38.Per evitare il degrado e l'inquinamento dovuti all'interazione con l'atmosfera terrestre (vapore acqueo e ossigeno), tutti i tipi di preparazione del campione (compresa la scheggiatura con uno scalpello al tantalio, l'utilizzo di una sega a filo diamantato bilanciata (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) e il taglio della resina epossidica) sono stati eseguiti in guantiera sotto N2 pulito e asciutto (punto di rugiada: da -80 a -60 °C, O2 ~50-100 ppm).Tutti gli oggetti utilizzati qui vengono puliti con una combinazione di acqua ultrapura ed etanolo utilizzando onde ultrasoniche di diverse frequenze.
Qui studiamo 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 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 Ryugu è stata eseguita utilizzando il sistema CT integrato BL20XU/SPring-8.Il sistema CT integrato è costituito da varie modalità di misurazione: campo visivo ampio e modalità a bassa risoluzione (WL) per acquisire l'intera struttura del campione, campo visivo ristretto e modalità ad alta risoluzione (NH) per una misurazione accurata dell'area del campione.interesse 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 rilevatore di raggi X in modalità WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) era dotato di una fotocamera aggiuntiva CMOS (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) da 4608 × 4608 pixel di ossido di metallo con uno scintillatore costituito da 10 µm di cristallo singolo granato di alluminio lutezio (Lu3Al5O12: Ce) e lente relè.La dimensione dei 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 offset CT.Il rivelatore di raggi X in modalità NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) era dotato di uno scintillatore di granato di gadolinio-alluminio-gallio (Gd3Al2Ga3O12) spesso 20 µm, una fotocamera CMOS (C11440-22CU) con una risoluzione di 2048 × 2048 pixel;Hamamatsu Photonics) e una lente ×20.La dimensione dei pixel in modalità NH è di ~0,25 µm e il campo visivo è di ~0,5 mm.Il rivelatore per la modalità XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) era dotato di uno scintillatore costituito da uno schermo in polvere P43 (Gd2O2S:Tb) spesso 50 µm, una fotocamera CMOS con risoluzione 2304 × 2304 pixel (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) e una lente relè.Il rilevatore ha una dimensione effettiva dei pixel di 19,05 µm e un campo visivo di 43,9 mm2.Per aumentare il FOV, abbiamo applicato una procedura CT offset in modalità WL.L'immagine a luce trasmessa per la ricostruzione TC consiste in un'immagine nell'intervallo da 180° a 360° riflessa orizzontalmente attorno all'asse di rotazione e un'immagine nell'intervallo da 0° a 180°.
In modalità XRD, il fascio di raggi X viene focalizzato da una piastra a zona di Fresnel.In questa modalità, il rivelatore è posizionato 110 mm dietro il campione e l'arresto del raggio è 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 sposta verticalmente a intervalli regolari, con mezzo giro per ogni passo di scansione verticale.Se le particelle minerali soddisfano la condizione di Bragg ruotate di 180°, è possibile ottenere la diffrazione delle particelle minerali nel 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 le stesse del test SR-XRD.In modalità XRD-CT, il rivelatore è posizionato 69 mm dietro il campione.Le immagini di diffrazione nell'intervallo 2θ vanno da 1,2° a 17,68° (d = da 19,73 a 1,35 Å), dove sia il raggio di raggi X che il limitatore del raggio sono in linea con il centro del campo visivo del rivelatore.Eseguire la scansione del campione orizzontalmente e ruotare il campione di 180°.Le immagini SR-XRD-CT sono state ricostruite con intensità minerali di picco come valori di pixel.Con la scansione orizzontale, il campione viene in genere scansionato in 500-1000 passaggi.
Per tutti gli esperimenti, l'energia dei raggi X è stata fissata a 30 keV, poiché questo è il limite inferiore della penetrazione dei raggi X nei meteoriti con un diametro di circa 6 mm.Il numero di immagini acquisite per tutte le misurazioni CT durante la rotazione di 180° era 1800 (3600 per il programma offset CT) e il tempo di esposizione per le immagini era di 100 ms per la modalità WL, 300 ms per la modalità NH, 500 ms per XRD e 50 ms.ms per XRD-CT ms.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 è stato utilizzato per analizzare i dati XRD.
Le particelle Ryugu fissate con resina epossidica (A0029, A0037, C0009, C0014 e C0068) sono state gradualmente lucidate sulla superficie fino al livello di una pellicola diamantata da 0,5 µm (3M) in condizioni asciutte, evitando che il materiale entrasse in contatto con la superficie durante il processo di lucidatura.La superficie levigata di ciascun campione è stata prima esaminata mediante microscopia ottica e poi elettroni retrodiffusi per ottenere immagini di mineralogia e texture (BSE) dei campioni ed elementi NIPR qualitativi utilizzando un SEM JEOL JSM-7100F dotato di uno spettrometro a dispersione di energia (AZtec).energia) immagine.Per ogni campione, il contenuto di elementi maggiori e minori è stato analizzato utilizzando un microanalizzatore a sonda elettronica (EPMA, JEOL JXA-8200).Analizza particelle di fillosilicato e carbonato a 5 nA, standard naturali e sintetici a 15 keV, solfuri, magnetite, olivina e pirosseno a 30 nA.I gradi modali sono stati calcolati dalle mappe degli elementi e dalle 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 eseguito in una cella a guanti di azoto con un livello di ossigeno monitorato inferiore allo 0,1%.Per il lavoro analitico Hayabusa2, è stato fabbricato un nuovo portacampione Ni, costituito da soli due fori per campioni (diametro 2,5 mm, profondità 5 mm), uno per le particelle 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 BaF2 interna di circa 1 mm di spessore e 3 mm di diametro per contenere il campione durante la reazione laser.Il flusso di BrF5 al campione è stato mantenuto da un canale di miscelazione del gas tagliato nel portacampioni di Ni.Anche la camera del campione è stata riconfigurata in modo da poter essere rimossa dalla linea di fluorurazione sotto vuoto e quindi aperta in una scatola a guanti riempita di azoto.La camera in due pezzi è stata sigillata con una guarnizione a compressione con guarnizione in rame e un morsetto per catena CeFIX 38 a sgancio rapido EVAC.Una finestra BaF2 spessa 3 mm sulla parte superiore della camera consente l'osservazione simultanea del campione e del riscaldamento laser.Dopo aver caricato il campione, bloccare nuovamente la camera e ricollegare alla linea fluorurata.Prima dell'analisi, la camera del campione è stata riscaldata sotto vuoto a circa 95°C durante la notte per rimuovere l'eventuale umidità adsorbita.Dopo il riscaldamento durante la notte, 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 assicurano che il campione di Hayabusa 2 non sia esposto all'atmosfera e non sia contaminato dall'umidità proveniente dalla parte della linea fluorurata che viene scaricata nell'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 unico metodo per le condriti CY.I campioni sono stati riscaldati utilizzando un laser a CO2 a infrarossi della Photon Machines Inc.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 lavato utilizzando due trappole criogeniche di azoto e un letto riscaldato di KBr per rimuovere il fluoro in eccesso.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 rilasciato durante la reazione del campione era inferiore a 140 µg, che è il limite approssimativo dell'utilizzo del dispositivo a soffietto sullo spettrometro di massa MAT 253.In questi casi, utilizzare i microvolumi per l'analisi.Dopo aver analizzato le particelle Hayabusa2, lo standard interno di ossidiana è stato fluorurato ed è stata determinata la sua composizione isotopica dell'ossigeno.
Gli ioni del frammento NF+ NF3+ interferiscono con il fascio di massa 33 (16O17O).Per eliminare questo potenziale problema, la maggior parte dei campioni viene elaborata utilizzando procedure di separazione criogenica.Questo può essere fatto in avanti prima dell'analisi MAT 253 o come seconda analisi riportando il gas analizzato nell'apposito setaccio molecolare e ripassandolo dopo la separazione criogenica.La separazione criogenica consiste nel fornire gas ad un setaccio molecolare alla temperatura dell'azoto liquido e quindi scaricarlo in un setaccio molecolare primario ad una temperatura di -130°C.Test approfonditi hanno dimostrato che NF+ rimane sul primo setaccio molecolare e che con questo metodo non si verifica alcun frazionamento significativo.
Sulla base di ripetute analisi dei nostri standard interni di ossidiana, la precisione complessiva del sistema in modalità soffietto è: ±0,053‰ per δ17O, ±0,095‰ per δ18O, ±0,018‰ per Δ17O (2 sd).L'analisi degli isotopi dell'ossigeno è data 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 della terra e la formula di calcolo è: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O.Tutti i dati presentati nella tabella supplementare 3 sono stati aggiustati per il divario.
Sezioni di spessore compreso tra 150 e 200 nm sono state estratte dalle particelle Ryugu utilizzando uno strumento Hitachi High Tech SMI4050 FIB presso 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 dai recipienti riempiti di gas N2 per il trasferimento tra oggetti.Questi frammenti non sono stati misurati mediante SR-CT, ma sono stati elaborati con un'esposizione minima all'atmosfera terrestre per evitare potenziali danni e contaminazioni che potrebbero influenzare lo spettro K-edge 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 allargata (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 un vano portaoggetti riempito di azoto puro sulla SPring-8 senza alcuna interazione con l'atmosfera terrestre.La preparazione del campione per JB-1 (una roccia di riferimento geologico rilasciata dal Geological Survey of Japan) è stata effettuata presso la Tokyo Metropolitan University.
INAA si tiene presso l'Institute for Integrated Radiation and Nuclear Sciences, 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.In primo luogo, il campione è stato irradiato in un tubo di irradiazione pneumatico per 30 secondi.Flussi di neutroni termici e veloci in fig.3 sono 4,6 × 1012 e 9,6 × 1011 cm-2 s-1, rispettivamente, per determinare il contenuto di Mg, Al, Ca, Ti, V e Mn.Anche sostanze chimiche come MgO (99,99% di purezza, Soekawa Chemical), Al (99,9% di purezza, Soekawa Chemical) e Si metal (99,999% di purezza, FUJIFILM Wako Pure Chemical) sono state irradiate per correggere le reazioni nucleari interferenti come (n, n).Il campione è stato anche irradiato con cloruro di sodio (99,99% di purezza; MANAC) per correggere le variazioni del flusso di neutroni.
Dopo l'irradiazione con neutroni, il foglio di polietilene esterno è stato sostituito con uno nuovo e la radiazione gamma emessa dal campione e dal riferimento è stata immediatamente misurata con un rilevatore di Ge.Gli stessi campioni sono stati nuovamente irradiati per 4 ore in un tubo di irradiazione pneumatico.2 ha flussi di neutroni termici e veloci di 5,6 · 1012 e 1,2 · 1012 cm-2 s-1, rispettivamente, per determinare Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Contenuto Se, Sb, Os, Ir e Au.I 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 di concentrazioni note di questi elementi su due pezzi di carta da filtro, seguita dall'irradiazione dei campioni.Il conteggio dei raggi gamma è stato eseguito presso l'Institute of Integrated Radiation and Nuclear Sciences, Kyoto University e il RI Research Center, Tokyo Metropolitan University.Le procedure analitiche ei materiali di riferimento per la determinazione quantitativa degli elementi INAA sono gli stessi descritti nel nostro lavoro precedente.
Un diffrattometro a raggi X (Rigaku SmartLab) è stato utilizzato per raccogliere i modelli di diffrazione dei campioni Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) e C0087 (<1 mg) al NIPR. Un diffrattometro a raggi X (Rigaku SmartLab) è stato utilizzato per raccogliere i modelli di diffrazione dei campioni Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) e C0087 (<1 mg) al NIPR. Il sensore di frequenza (Rigaku SmartLab) è stato sviluppato per la scheda di memoria Ryugu A0029 (<1 μg), A0037 (≪1) ìг) è C0087 (<1 ìг) à NIPR. Un diffrattometro a raggi X (Rigaku SmartLab) è stato utilizzato per raccogliere modelli di diffrazione di campioni Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) e C0087 (<1 mg) in NIPR.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 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. Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) и C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использованием рентгеновс кого дифрактометра (Rigaku SmartLab). I modelli di diffrazione dei raggi X dei campioni Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) e C0087 (<1 mg) sono stati ottenuti al NIPR utilizzando un diffrattometro a raggi X (Rigaku SmartLab).Tutti i campioni sono stati macinati in una polvere fine su un wafer di silicio non riflettente utilizzando una lastra di vetro zaffiro e quindi distribuiti uniformemente sul wafer di silicio non riflettente senza alcun liquido (acqua o alcool).Le condizioni di misurazione sono le seguenti: la radiazione di raggi X Cu Kα viene generata a una tensione del tubo di 40 kV e una corrente del tubo di 40 mA, la lunghezza limite della fenditura è di 10 mm, l'angolo di divergenza è (1/6)°, la velocità di rotazione nel piano è di 20 rpm e l'intervallo è di 2θ (doppio angolo di Bragg) è di 3-100° e l'analisi richiede circa 28 ore.Sono state utilizzate ottiche di Bragg Brentano.Il rilevatore è un rilevatore a semiconduttore in silicio unidimensionale (D/teX Ultra 250).I raggi X di Cu Kβ sono stati rimossi usando un filtro Ni.Utilizzando campioni disponibili, le misurazioni di saponite magnesiaca sintetica (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentino (foglia serpentina, Miyazu, Nikka) e pirrotite (monoclinico 4C, Chihua, Mexico Watts) sono state confrontate per identificare i picchi e utilizzare i dati di diffrazione dei dati dei file di polvere dall'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 sulle condriti carboniose 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 carbonio K di sezioni ultrasottili di campioni realizzati da FIB sono stati misurati utilizzando il canale STXM BL4U presso la struttura di sincrotrone UVSOR presso l'Institute of Molecular Sciences (Okazaki, Giappone).La dimensione dello spot di un raggio focalizzato otticamente con una piastra a zona di Fresnel è di circa 50 nm.Il gradino di energia 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 davanti e dietro.il tempo per ciascun pixel dell'immagine è stato impostato su 2 ms.Dopo l'evacuazione, la camera analitica STXM è stata riempita con elio ad una pressione di circa 20 mbar.Ciò aiuta a ridurre al minimo la deriva termica dell'apparecchiatura ottica a raggi X nella camera e nel portacampione, nonché a ridurre i danni e/o l'ossidazione del campione.Gli spettri di carbonio NEXAFS K-edge sono stati generati da dati impilati utilizzando il software aXis2000 e il software di elaborazione dati STXM proprietario.Si noti che la custodia di trasferimento del campione e il cassetto portaoggetti vengono utilizzati per evitare l'ossidazione e la contaminazione del campione.
Dopo l'analisi STXM-NEXAFS, la composizione isotopica di idrogeno, carbonio e azoto delle fette Ryugu FIB è stata analizzata utilizzando l'imaging isotopico con un JAMSTEC NanoSIMS 50L.Un fascio primario focalizzato di Cs+ 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 viene rasterizzato su un'area da circa 24 × 24 µm2 a 30 × 30 µm2 sul campione.Dopo un prespray di 3 minuti a una corrente del raggio primario relativamente forte, ciascuna analisi è stata avviata dopo la stabilizzazione dell'intensità del raggio secondario.Per l'analisi degli isotopi di carbonio e azoto, le immagini di 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– e 12C15N– sono state ottenute simultaneamente utilizzando il rilevamento multiplex di sette moltiplicatori di elettroni con una risoluzione di massa di circa 9000, che è sufficiente per separare tutti i composti isotopici rilevanti.interferenza (es. 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 è composta da 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 di 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 di idrogeno.Abbiamo utilizzato l'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 della grafite presolare nel profilo FIB C0068-25, abbiamo utilizzato sei moltiplicatori di elettroni con una risoluzione di massa di circa 9000. Le immagini sono costituite da 256 × 256 pixel con un tempo di ritardo di 3000 µs per pixel.Abbiamo calibrato uno strumento per il frazionamento di massa utilizzando wafer di silicio come standard di isotopi di idrogeno, carbonio e silicio.
Le immagini degli isotopi 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 gli effetti di arrivo quasi simultanei.Allineamento di scansione diverso per ciascuna immagine per correggere la deriva dell'immagine durante l'acquisizione.L'immagine isotopica finale viene creata aggiungendo ioni secondari da ciascuna immagine per ciascun 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 a Kochi, JAMSTEC.La microstruttura è stata osservata utilizzando un TEM a campo chiaro e un TEM a scansione ad alto angolo in un campo oscuro.Le fasi minerali sono state identificate mediante diffrazione elettronica spot e imaging a banda reticolare e l'analisi chimica è stata eseguita da EDS con un rilevatore di deriva del 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 nella modalità di scansione TEM con un tempo di acquisizione dati fisso di 30 s, un'area di scansione del raggio di ~ 100 × 100 nm2 e una corrente del raggio 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 JAXA Data Archiving and Communication System (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2.Questo articolo fornisce i dati originali.
Kitari, K. et al.Composizione della superficie dell'asteroide 162173 Ryugu osservata dallo strumento Hayabusa2 NIRS3.Scienza 364, 272–275.
Kim, AJ Condriti carboniose di tipo Yamato (CY): analoghi della superficie dell'asteroide Ryugu?Geochimica 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al.La prima analisi compositiva dei campioni Ryugu è stata eseguita utilizzando un microscopio iperspettrale MicroOmega.Astron nazionale.6, 221-225 (2021).
Yada, T. et al.Analisi preliminare del campione Hyabusa2 restituito dall'asteroide di tipo C Ryugu.Astron Nazionale.6, 214-220 (2021).