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휘발성이 강하고 유기물이 풍부한 C형 소행성은 지구 물의 주요 공급원 중 하나일 수 있습니다. 현재까지 탄소를 함유한 콘드라이트는 화학적 조성에 대한 가장 좋은 정보를 제공하지만, 운석에 대한 정보는 왜곡되어 있습니다. 대기권 진입 후 지구 환경과 상호작용하는 과정에서 가장 내구성이 뛰어난 유형만이 살아남기 때문입니다. 본 연구에서는 하야부사-2 탐사선이 지구로 가져온 류구 운석의 주요 입자에 대한 상세한 부피 및 미세 분석 연구 결과를 제시합니다. 류구 입자는 화학적으로 분별되지 않았지만 물에 의해 변형된 CI(이우나형) 콘드라이트와 조성이 매우 유사하며, 이는 태양계 전체 조성의 지표로 널리 사용됩니다. 이 시료는 풍부한 지방족 유기물과 층상 규산염 사이의 복잡한 공간적 관계를 보여주며, 물 침식 과정 중 최고 온도가 약 30°C였음을 시사합니다. 또한, 외계 기원을 뒷받침하는 풍부한 중수소와 디아조늄 함량을 확인했습니다. 류구 입자는 지금까지 연구된 외계 물질 중 가장 오염되지 않고 분리 불가능한 물질이며, 태양계의 전체적인 구성과 가장 잘 부합합니다.
2018년 6월부터 2019년 11월까지 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 하야부사2 탐사선은 소행성 류구에 대한 광범위한 원격 탐사를 수행했습니다. 하야부사2에 탑재된 근적외선 분광기(NIRS3)의 데이터는 류구가 열변성 및/또는 충격변성을 거친 탄소질 콘드라이트와 유사한 물질로 구성되어 있을 가능성을 시사합니다. 가장 유사한 콘드라이트는 CY 콘드라이트(야마토형) 2입니다. 류구의 낮은 반사율은 다량의 탄소 함유 성분과 입자 크기, 다공성, 그리고 공간적 풍화 작용의 영향으로 설명될 수 있습니다. 하야부사2 탐사선은 류구에 두 차례 착륙하여 시료를 채취했습니다. 2019년 2월 21일 첫 번째 착륙에서는 표면 물질을 채취하여 귀환 캡슐의 A 구획에 저장했고, 2019년 7월 11일 두 번째 착륙에서는 소형 이동식 충돌체를 이용해 인공 크레이터를 만든 후 그 주변에서 시료를 채취했습니다. 이 샘플들은 C 구역에 보관되어 있습니다. JAXA가 관리하는 시설의 특수하고 오염되지 않은 순수 질소로 채워진 챔버에서 1단계에 수행된 입자들의 초기 비파괴 분석 결과, 류구 입자들은 CI4 콘드라이트와 가장 유사하며 "다양한 수준의 변이"를 보이는 것으로 나타났습니다. 류구가 CY 또는 CI 콘드라이트와 유사하다는 것처럼 보이는 모순적인 분류는 류구 입자에 대한 상세한 동위원소, 원소 및 광물학적 특성 분석을 통해서만 해결될 수 있습니다. 여기에 제시된 결과는 소행성 류구의 전체 구성에 대한 두 가지 예비 설명 중 어느 것이 가장 가능성이 높은지 판단하는 데 확실한 근거를 제공합니다.
고치 연구팀 관리를 위해 류구 소행성 샘플 8개(총 약 60mg, A 챔버 4개, C 챔버 4개)가 2단계 연구에 배정되었습니다. 이 연구의 주요 목표는 류구 소행성의 특성, 기원 및 진화 과정을 규명하고, 콘드라이트, 행성간 먼지 입자(IDP), 혜성 등 다른 외계 천체 표본과의 유사점과 차이점을 밝히는 것입니다. 이 샘플들은 NASA의 스타더스트 탐사선이 수집한 것입니다.
류구 광석 5개(A0029, A0037, C0009, C0014 및 C0068)에 대한 상세한 광물학적 분석 결과, 이들은 주로 세립 및 조립 층상 규산염 광물(부피 기준 약 64~88%)로 구성되어 있음이 밝혀졌습니다(그림 1a, b, 보충 그림 1 및 추가 표 1). 조립 층상 규산염 광물은 세립의 층상 규산염이 풍부한 기질(크기가 수 마이크론 미만) 내에 깃털 모양의 집합체(크기가 수십 마이크론에 달함)로 존재합니다. 층상 규산염 입자는 서펜틴-사포나이트 공생체입니다(그림 1c). (Si + Al)-Mg-Fe 맵 또한 층상 규산염 기질 전체가 서펜틴과 사포나이트의 중간 조성을 가지고 있음을 보여줍니다(그림 2a, b). 층상 규산염 기질은 탄산염 광물(~2–21 vol.%), 황화물 광물(~2.4–5.5 vol.%), 그리고 자철석(~3.6–6.8 vol.%)을 함유하고 있습니다. 본 연구에서 조사한 입자 중 하나(C0009)에는 소량(~0.5 vol.%)의 무수 규산염(감람석과 휘석)이 함유되어 있었는데, 이는 류구석 원료를 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.5 이러한 무수 규산염은 류구석에서 드물게 나타나며, C0009 입자에서만 확인되었습니다. 탄산염은 기질 내에 주로 백 마이크론 미만의 파편 형태로 존재하며, 대부분 백운석이고 소량의 탄산칼슘과 브리넬이 포함되어 있습니다. 자철석은 단일 입자, 프램보이드, 판상 결정 또는 구형 집합체 형태로 나타납니다. 황화물은 주로 불규칙한 육각형 프리즘/판상 또는 막대 모양의 자황철석으로 나타납니다. 기질에는 다량의 아미크론 펜틀란다이트가 포함되어 있거나 황철석과 결합되어 있습니다. 탄소가 풍부한 상(크기 <10 µm)은 층상 규산염이 풍부한 기질 내에 널리 분포합니다. 탄소가 풍부한 상(크기 <10 µm)은 층상 규산염이 풍부한 기질 내에 널리 분포합니다. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречавтся повсеместно в богатой филлосиликатами MATрице. 탄소가 풍부한 상(크기 <10 µm)은 층상 규산염이 풍부한 기질 내에 널리 분포합니다.富含碳의 사진(尺寸<10 µm)은 于富含层状硅酸盐的基质中에 있습니다.富含碳의 사진(尺寸<10 µm)은 于富含层状硅酸盐的基质中에 있습니다. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) преобладавт в богатой филлосиликатами MATрице. 층상규산염이 풍부한 기질에는 탄소가 풍부한 상(크기 <10 µm)이 주로 존재합니다.다른 부수 광물은 보충표 1에 나타나 있습니다. C0087과 A0029 및 A0037 혼합물의 X선 회절 패턴에서 확인된 광물 목록은 CI(오르구이) 콘드라이트에서 확인된 것과 매우 일치하지만, CY 및 CM(미게이형) 콘드라이트와는 크게 다릅니다(확대 데이터가 포함된 그림 1 및 보충 그림 2). 류구 입자(A0098, C0068)의 총 원소 함량 또한 콘드라이트 6 CI와 일치합니다(확대 데이터, 그림 2 및 보충표 2). 이와 대조적으로, CM 콘드라이트는 특히 Mn과 Zn과 같은 중휘발성 및 고휘발성 원소가 부족하고 내화성 원소가 더 많습니다.7 일부 원소의 농도는 크게 차이가 나는데, 이는 개별 입자의 크기가 작고 그로 인해 샘플링 편향이 발생하여 시료가 본질적으로 불균일하기 때문일 수 있습니다. 모든 암석학적, 광물학적 및 원소적 특성은 류구 운석 입자가 CI8, 9, 10 콘드라이트와 매우 유사함을 나타냅니다. 주목할 만한 차이점은 류구 운석 입자에서 페리하이드라이트와 황산염이 발견되지 않는다는 점인데, 이는 CI 콘드라이트의 이러한 광물들이 지표면 풍화 작용에 의해 형성되었음을 시사합니다.
a. C0068 건식 연마 단면의 Mg Kα(적색), Ca Kα(녹색), Fe Kα(청색), S Kα(황색) 합성 X선 이미지. 이 분획은 층상 규산염(적색: 약 88 vol%), 탄산염(돌로마이트; 연녹색: 약 1.6 vol%), 자철석(청색: 약 5.3 vol%), 황화물(황색: 황화물 = 약 2.5 vol%)로 구성되어 있다. b. a의 후방 산란 전자에서 윤곽 영역 이미지. Bru – 미성숙; Dole – 돌로마이트; FeS – 황화철; Mag – 자철석; juice – 활석; Srp – 사문석. c. 사포나이트와 사포나이트의 격자 띠가 각각 0.7 nm와 1.1 nm인 전형적인 사포나이트-사문석 혼합물의 고해상도 투과 전자 현미경(TEM) 이미지.
류구 A0037(빨간색 실선 원) 및 C0068(파란색 실선 원) 입자의 기질 및 층상 규산염(원자%) 조성은 (Si+Al)-Mg-Fe 삼원계로 나타냈습니다. a, 전자현미경 미세분석(EPMA) 결과를 CI 콘드라이트(이부나, 오르구이, 알라이스)¹⁶와 비교하여 회색으로 표시했습니다. b, 주사투과전자현미경(STEM) 및 에너지 분산 X선 분광법(EDS) 분석 결과를 오르구이⁹ 및 머치슨⁴⁶ 운석과 함수 IDP⁴⁸와 비교했습니다. 미세립 및 조립 층상 규산염을 분석했으며, 작은 황화철 입자는 제외했습니다. a와 b의 점선은 사포나이트와 서펜틴의 용해선을 나타냅니다. 그림 a에서 철 함량이 높은 것은 층상 규산염 입자 내에 존재하는 미세한 황화철 입자 때문일 수 있으며, 이는 EPMA 분석의 공간 해상도로는 배제할 수 없습니다. 그림 b에서 사포나이트보다 Si 함량이 높은 데이터 포인트는 층상 규산염 층의 틈새에 나노 크기의 비정질 규소 함유 물질이 존재하기 때문일 수 있습니다. 분석 횟수: A0037의 경우 N=69, EPMA의 경우 N=68, C0068의 경우 N=68, STEM-EDS의 경우 A0037의 경우 N=19, C0068의 경우 N=27. 그림 c는 삼산화물 입자 Ryugu C0014-4의 동위원소 지도를 콘드라이트 값 CI(Orgueil), CY(Y-82162) 및 문헌 자료(CM 및 C2-ung)41,48,49와 비교한 것입니다. 우리는 Orgueil 및 Y-82162 운석에 대한 데이터를 얻었습니다. CCAM은 무수 탄소질 운석 광물의 선이고, TFL은 육지 경계선입니다. d, 류구 입자 C0014-4, CI 운석(오르구이 운석), CY 운석(Y-82162)(본 연구)의 Δ17O 및 δ18O 지도. Δ17O_Ryugu: C0014-1의 Δ17O 값. Δ17O_Orgueil: 오르구이 운석의 평균 Δ17O 값. Δ17O_Y-82162: Y-82162의 평균 Δ17O 값. 비교를 위해 문헌 41, 48, 49의 CI 및 CY 데이터도 함께 제시하였다.
레이저 불소화법으로 과립형 C0014에서 추출한 1.83mg 시료에 대해 산소 동위원소 질량 분석을 수행했습니다(방법). 비교를 위해 Orgueil(CI) 시료 7개(총 질량 = 8.96mg)와 Y-82162(CY) 시료 7개(총 질량 = 5.11mg)를 분석에 사용했습니다(보충표 3).
그림 2d는 Y-82162와 비교했을 때 오르구이유와 류구유의 중량 평균 입자 간 Δ17O 및 δ18O 값이 명확하게 분리되어 있음을 보여줍니다. 류구유 C0014-4 입자의 Δ17O 값은 2 표준편차에서 겹침에도 불구하고 오르구이유 입자보다 높습니다. 류구유 입자는 오르구이유 입자에 비해 Δ17O 값이 더 높은데, 이는 1864년 낙하 이후 오르구이유가 지표면 오염에 노출되었음을 반영하는 것일 수 있습니다. 지표 환경에서의 풍화 작용은 필연적으로 대기 중 산소의 흡수를 초래하여 전체 분석 결과를 지표면 분별선(TFL)에 더 가깝게 만듭니다. 이러한 결론은 류구유 입자에는 수화물이나 황산염이 포함되어 있지 않은 반면 오르구이유에는 포함되어 있다는 광물학적 데이터(앞서 논의됨)와 일치합니다.
위의 광물학적 데이터를 바탕으로, 이러한 결과는 류구 입자와 CI 콘드라이트 사이의 연관성을 뒷받침하지만, CY 콘드라이트와의 연관성은 배제합니다. 탈수 광물학적 특징이 뚜렷하게 나타나는 CY 콘드라이트와 류구 입자가 연관되지 않는다는 사실은 의아합니다. 류구의 궤도 관측 결과는 류구가 탈수 과정을 거쳤으며, 따라서 CY 물질로 구성되었을 가능성이 높다는 것을 시사합니다. 이러한 명백한 차이의 원인은 아직 불분명합니다. 다른 류구 입자에 대한 산소 동위원소 분석 결과는 관련 논문¹²에 제시되어 있습니다. 그러나 이 확장된 데이터 세트의 결과 또한 류구 입자와 CI 콘드라이트 사이의 연관성을 뒷받침합니다.
통합 미세 분석 기법(보충 그림 3)을 사용하여 집속 이온 빔(FIB) 분획 C0068.25의 전체 표면 영역에 걸쳐 유기 탄소의 공간 분포를 조사했습니다(그림 3a~f). C0068.25 단면의 근접 가장자리에서 측정한 탄소의 미세 구조 X선 흡수 스펙트럼(NEXAFS)은 방향족 또는 C=C(285.2 eV), C=O(286.5 eV), CH(287.5 eV) 및 C(=O)O(288.8 eV)와 같은 여러 작용기를 보여줍니다. 291.7 eV에서 그래핀 구조가 나타나지 않는 것은(그림 3a) 열적 변화가 적음을 의미합니다. C0068.25의 부분 유기물에서 나타나는 강한 CH 피크(287.5 eV)는 이전에 연구된 탄소질 운석의 불용성 유기물과는 다르며, IDP14 및 스타더스트 임무에서 얻은 혜성 입자와 더 유사합니다. 287.5 eV에서 강한 CH 피크와 285.2 eV에서 매우 약한 방향족 또는 C=C 피크는 유기 화합물이 지방족 화합물이 풍부함을 나타냅니다(그림 3a 및 보충 그림 3a). 지방족 유기 화합물이 풍부한 영역은 조립질 층상 규산염 광물뿐만 아니라 방향족(또는 C=C) 탄소 구조가 약한 영역에도 국한되어 있습니다(그림 3c,d). 대조적으로, A0037,22(보충 그림 3)는 지방족 탄소가 풍부한 영역의 함량이 부분적으로 낮게 나타났습니다. 이 입자들의 기저 광물학적 구성은 콘드라이트 CI 16과 유사하게 탄산염이 풍부하며, 이는 근원수의 광범위한 변질을 시사합니다(보충 표 1). 산화 조건은 탄산염과 관련된 유기 화합물에서 카르보닐 및 카르복실 작용기의 농도를 높이는 데 유리합니다. 지방족 탄소 구조를 가진 유기물의 서브마이크론 분포는 조립질 층상 규산염의 분포와 매우 다를 수 있습니다. 타기시 호수 운석에서 층상 규산염-OH와 관련된 지방족 유기 화합물의 흔적이 발견되었습니다. 종합적인 미세 분석 데이터는 지방족 화합물이 풍부한 유기물이 C형 소행성에 널리 분포하며 층상 규산염과 밀접하게 관련되어 있을 가능성을 시사합니다. 이러한 결론은 근적외선 초분광 현미경인 마이크로오메가를 이용하여 류구 운석 입자에서 관찰된 지방족/방향족 CH에 대한 이전 연구 결과와 일치합니다. 중요한 미해결 과제는 본 연구에서 관찰된 조립질 층상 규산염과 관련된 지방족 탄소 함유 유기 화합물의 독특한 특성이 류구 소행성에서만 나타나는 것인지 여부입니다.
a. 방향족(C=C)이 풍부한 영역(빨간색), 지방족이 풍부한 영역(녹색), 그리고 기질(파란색)에서 292 eV로 정규화된 NEXAFS 탄소 스펙트럼. 회색 선은 비교를 위한 Murchison 13 불용성 유기물 스펙트럼이다. au는 중재 단위이다. b. 탄소 K-edge의 주사 투과 X선 현미경(STXM) 스펙트럼 이미지로, 해당 영역이 탄소로 이루어져 있음을 보여준다. c. 방향족(C=C)이 풍부한 영역(빨간색), 지방족이 풍부한 영역(녹색), 그리고 기질(파란색)을 나타낸 RGB 합성 그림. d. 지방족 화합물이 풍부한 유기물은 조립질 층상 규산염에 집중되어 있으며, 이 영역은 b와 c의 흰색 점선 상자 영역을 확대한 것이다. e. b와 c의 흰색 점선 상자 영역을 확대한 영역에 있는 큰 나노구(ng⁻¹) 입자들. For: 황철석. Pn: 니켈-크롬석. f, 나노스케일 이차 이온 질량 분석법(NanoSIMS), 수소(1H), 탄소(12C) 및 질소(12C14N) 원소 이미지, 12C/1H 원소 비율 이미지 및 교차 δD, δ13C 및 δ15N 동위원소 이미지 – 섹션 PG-1: 13C가 극도로 풍부한 태양계 이전 흑연(보충표 4).
머치슨 운석에서 유기물 분해에 대한 동역학 연구는 류구 입자가 풍부한 지방족 유기물의 불균일한 분포에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있습니다. 이 연구는 유기물 내 지방족 CH 결합이 모암에서 최대 약 30°C까지 유지되거나 시간-온도 관계(예: 100°C에서 200년, 0°C에서 1억 년)에 따라 변화함을 보여줍니다. 만약 전구체가 특정 온도에서 일정 시간 이상 가열되지 않는다면, 층상 규산염이 풍부한 지방족 유기물의 원래 분포가 보존될 수 있습니다. 그러나 탄산염이 풍부한 A0037 운석에서는 층상 규산염과 관련된 탄소가 풍부한 지방족 영역이 나타나지 않으므로, 근원암의 수분 변화는 이러한 해석을 복잡하게 만들 수 있습니다. 이러한 저온 변화는 류구 입자에 입방정 장석이 존재하는 것과 대략적으로 일치합니다(보충표 1) 20.
분획 C0068.25(ng-1; 그림 3a–c,e)에는 고도로 방향족(또는 C=C), 중간 정도의 지방족, 그리고 약한 C(=O)O 및 C=O 스펙트럼을 나타내는 큰 나노구체가 포함되어 있습니다. 지방족 탄소의 특징은 운석과 관련된 대량의 불용성 유기물 및 유기 나노구체의 특징과 일치하지 않습니다(그림 3a) 17,21. 타기쉬 호수의 나노구체에 대한 라만 및 적외선 분광 분석 결과, 이들은 지방족 및 산화된 유기 화합물과 복잡한 구조를 가진 불규칙한 다환 방향족 유기 화합물로 구성되어 있음이 밝혀졌습니다22,23. 주변 기질에 지방족 화합물이 풍부한 유기물이 포함되어 있기 때문에 ng-1에서 나타나는 지방족 탄소의 특징은 분석상의 오류일 가능성이 있습니다. 흥미롭게도 ng-1에는 비정질 규산염이 내장되어 있는데(그림 3e), 이는 지금까지 어떤 외계 유기물에서도 보고된 적이 없는 구조입니다. 비정질 규산염은 ng-1의 천연 성분일 수도 있고, 분석 과정에서 이온 및/또는 전자빔에 의해 수용액/무수 규산염이 비정질화되어 생성된 것일 수도 있습니다.
C0068.25 단면의 NanoSIMS 이온 이미지(그림 3f)는 δ¹³C와 δ¹⁵N 값의 균일한 변화를 보여주는데, 다만 30,811‰의 높은 ¹⁸C 농축도를 보이는 태양계 이전 입자(그림 3f의 δ¹⁸C 이미지에서 PG-1)는 예외입니다(보충표 4). X선 원소 입자 이미지와 고해상도 TEM 이미지는 탄소 농도와 0.3 nm의 기저면 간 거리만을 보여주는데, 이는 흑연에 해당합니다. 조립질 층상 규산염과 관련된 지방족 유기물이 풍부한 δD(841 ± 394‰) 및 δ¹⁵N(169 ± 95‰) 값은 전체 C 영역 평균(δD = 528 ± 139‰)보다 약간 높은 것으로 나타났습니다. C0068.25에서 δ15N = 67 ± 15 ‰ (보충표 4)의 값을 관찰했습니다. 이 관찰 결과는 조립질 층상 규산염 내의 지방족 유기물이 주변 유기물보다 더 원시적일 수 있음을 시사합니다. 주변 유기물은 원래 천체에서 주변 물과 동위원소 교환을 겪었을 가능성이 있기 때문입니다. 또는 이러한 동위원소 변화는 초기 형성 과정과도 관련이 있을 수 있습니다. CI 콘드라이트의 미립질 층상 규산염은 원래 조립질 무수 규산염 클러스터의 지속적인 변질의 결과로 형성된 것으로 해석됩니다. 지방족 유기물은 태양계 형성 이전에 원시 행성계 원반이나 성간 매질에서 전구체 분자로부터 형성되었을 수 있으며, 이후 류구(대형) 모체의 물 변화 과정에서 약간 변질되었을 가능성이 있습니다. 류구의 크기(<1.0km)는 함수 광물을 형성하기 위한 수분 변질에 필요한 내부 열을 충분히 유지하기에는 너무 작습니다.25 류구의 크기(<1.0km)는 수분 변질로 함수 광물을 형성하기에 충분한 내부 열을 유지하기에는 너무 작습니다.25 Размер (<1,0 км) Ругу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменения с образованием водных минералов25. 류구의 크기는 (<1.0km) 너무 작아서 물의 변화를 통해 물 속 미네랄이 형성될 만큼 충분한 내부 열을 유지할 수 없습니다.25 Ryugu의 尺寸(<1.0 公里)大小,不足以维持内部热weight以进行水蚀变shape成含水矿物25. Ryugu의 尺寸(<1.0 公里)大小,不足以维持内部热weight以进行水蚀变shape成含水矿物25. Размер Ругу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для изменения воды с образованием водных Mineralov25. 류구의 크기(<1.0km)는 물을 물 광물로 변화시키는 데 필요한 내부 열을 유지하기에는 너무 작습니다.25따라서 수십 킬로미터 크기의 류구 전조 입자가 필요할 수 있습니다. 지방족 화합물이 풍부한 유기물은 조립질 층상 규산염 광물과의 결합으로 인해 원래의 동위원소 비율을 유지할 수 있습니다. 그러나 이러한 FIB 분획에 포함된 다양한 성분들의 복잡하고 미묘한 혼합으로 인해 동위원소 중 운반체의 정확한 특성은 여전히 ​​불확실합니다. 이들은 류구 과립 내의 지방족 화합물이 풍부한 유기물 또는 이를 둘러싼 조립질 층상 규산염 광물일 수 있습니다. 거의 모든 탄소질 운석(CI 운석 포함)의 유기물은 층상 규산염 광물보다 중성자(D) 함량이 더 높은 경향이 있다는 점에 유의해야 합니다. 다만, CM 파리 24, 26 운석은 예외입니다.
A0002.23 및 A0002.26, A0037.22 및 A0037.23, 그리고 C0068.23, C0068.25 및 C0068.26 FIB 슬라이스(류구 입자 3개에서 얻은 총 7개의 FIB 슬라이스)의 부피 δD 및 δ15N 플롯을 나타낸다. NanoSIMS 결과를 태양계의 다른 천체들과 비교한 내용은 그림 4에 제시되어 있다(보충표 4)27,28. A0002, A0037, C0068 프로파일의 δD 및 δ15N 부피 변화는 성간 먼지 입자(IDP)의 변화와 일치하지만, 중심 운석(CM) 및 중심 운석(CI)보다는 높다(그림 4). 혜성 29 샘플의 δD 값 범위(-240~1655‰)는 류구의 δD 값 범위보다 넓다는 점에 유의하라. 류큐 운석의 δD 및 δ15N 값은 일반적으로 목성족 혜성과 오르트 구름의 평균값보다 작습니다(그림 4). CI 콘드라이트의 낮은 δD 값은 이러한 시료에 포함된 지구 오염 물질의 영향을 반영하는 것일 수 있습니다. 벨스 혜성, 타기쉬 호수 혜성, 그리고 성간 먼지 입자(IDP) 사이의 유사성을 고려할 때, 류큐 입자의 δD 및 δN 값의 큰 이질성은 초기 태양계에서 유기물 및 수용액 성분의 초기 동위원소 특징의 변화를 반영하는 것일 수 있습니다. 류큐와 IDP 입자에서 나타나는 δD 및 δN의 유사한 동위원소 변화는 둘 다 동일한 근원에서 유래한 물질로부터 형성되었을 가능성을 시사합니다. IDP는 혜성에서 유래한 것으로 여겨집니다.¹⁴ 따라서 류큐는 혜성과 유사한 물질 또는 적어도 외태양계의 물질을 포함하고 있을 수 있습니다. 하지만 (1) 모체 31에 구형 결정질 물과 D가 풍부한 물이 혼합되어 있고 (2) 혜성의 D/H 비율이 혜성 활동의 함수로 나타난다는 점 32 때문에 이는 여기서 언급한 것보다 더 어려울 수 있습니다. 그러나 류구 입자에서 관찰된 수소 및 질소 동위원소의 불균일성은 아직 완전히 이해되지 않았는데, 이는 부분적으로 현재 이용 가능한 분석 횟수가 제한적이기 때문입니다. 수소 및 질소 동위원소 시스템 분석 결과는 류구가 태양계 외부에서 유래한 물질을 대부분 포함하고 있으며 따라서 혜성과 유사한 특징을 보일 가능성을 시사합니다. 류구의 동위원소 프로파일은 δ13C와 δ15N 사이에 뚜렷한 상관관계를 보이지 않았습니다(보충표 4).
류구 입자(붉은색 원: A0002, A0037; 파란색 원: C0068)의 전체 수소 및 질소 동위원소 조성은 태양 등급 27, 목성 평균 혜성군(JFC27), 오르트 구름 혜성(OCC27), IDP28 및 탄소질 콘드룰과 상관관계가 있습니다. 운석 27(CI, CM, CR, C2-ung)을 비교했습니다. 동위원소 조성은 부록 표 4에 제시되어 있습니다. 점선은 지구의 수소 및 질소 동위원소 값입니다.
휘발성 물질(예: 유기물 및 물)의 지구 유입은 여전히 ​​중요한 관심사입니다.26,27,33 본 연구에서 확인된 류구 입자의 조립질 층상 규산염과 관련된 미세 유기물은 중요한 휘발성 물질 공급원일 수 있습니다. 조립질 층상 규산염 내의 유기물은 미립질 기질 내의 유기물보다 분해16,34 및 부패35로부터 더 잘 보호됩니다. 입자 내 수소의 무거운 동위원소 조성은 이들이 초기 지구로 운반된 유일한 휘발성 물질 공급원이 아닐 가능성을 시사합니다. 최근 규산염 내 태양풍에 의해 운반된 물의 존재 가설에서 제안된 것처럼, 이들은 더 가벼운 수소 동위원소 조성을 가진 성분과 혼합될 수 있습니다.
본 연구에서는 CI 운석이 태양계 전체 구성 성분을 대표하는 지구화학적 중요성에도 불구하고, 지구 기원 물질로 오염된 시료임을 밝힙니다.6,10 또한, 풍부한 지방족 유기물과 인접한 함수 광물 간의 상호작용에 대한 직접적인 증거를 제시하고, 류구 운석에 외계 물질이 포함되어 있을 가능성을 제안합니다.37 본 연구 결과는 원시 소행성의 직접 채취의 중요성과 채취한 시료를 완전히 불활성 및 멸균 상태로 운송해야 할 필요성을 명확히 보여줍니다. 본 연구에서 제시된 증거는 류구 운석 입자가 실험실 연구에 활용 가능한 태양계 물질 중 오염이 가장 적은 물질 중 하나임을 시사하며, 이러한 귀중한 시료에 대한 추가 연구는 초기 태양계 과정에 대한 이해를 넓히는 데 크게 기여할 것입니다. 류구 운석 입자는 태양계 전체 구성 성분을 가장 잘 대표하는 물질입니다.
서브마이크론 규모 시료의 복잡한 미세구조와 화학적 특성을 규명하기 위해 싱크로트론 방사선 기반 컴퓨터 단층촬영(SR-XCT), 싱크로트론 방사선 X선 회절(XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM 분석을 수행했습니다. 시료는 대기 오염이나 미세 입자 또는 기계적 충격으로 인한 손상 없이 안전하게 분석되었습니다. 또한, 주사전자현미경(SEM)-EDS, EPMA, XRD, 기기 중성자 활성화 분석(INAA), 레이저 산소 동위원소 불소화 장비를 이용하여 체계적인 부피 분석을 진행했습니다. 분석 절차는 보충 그림 3에 제시되어 있으며, 각 분석 방법은 다음 절에서 자세히 설명합니다.
소행성 류구의 입자는 하야부사-2 재진입 모듈에서 회수되어 지구 대기를 오염시키지 않고 일본 사가미하라에 있는 JAXA 관제센터로 이송되었습니다.4 JAXA에서 관리하는 시설에서 초기 비파괴 특성 분석을 수행한 후, 환경적 간섭을 피하기 위해 밀봉 가능한 현장 간 이송 용기와 샘플 캡슐 백(샘플 크기에 따라 직경 10mm 또는 15mm의 사파이어 크리스탈 및 스테인리스 스틸)을 사용합니다. 환경 및/또는 지표 오염 물질(예: 수증기, 탄화수소, 대기 가스 및 미세 입자)의 유입과 샘플 준비 및 연구소와 대학 간 운송 중 샘플 간 교차 오염을 방지합니다.38 지구 대기(수증기 및 산소)와의 상호 작용으로 인한 열화 및 오염을 방지하기 위해, 모든 종류의 시료 준비(탄탈륨 끌을 이용한 파쇄, 균형 다이아몬드 와이어 톱(Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) 사용, 에폭시 절단 등)는 깨끗하고 건조한 질소 분위기(이슬점: -80~-60°C, 산소 농도: 약 50~100ppm)의 글러브 박스 내에서 수행되었습니다. 여기에 사용된 모든 품목은 다양한 주파수의 초음파를 이용하여 초순수와 에탄올 혼합액으로 세척되었습니다.
본 연구에서는 국립극지연구소(NIPR)의 남극운석연구센터 운석 컬렉션(CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 및 CY: Y 980115)을 연구합니다.
SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS 및 TEM 분석을 위한 기기 간 전송을 위해 이전 연구38에서 설명한 범용 초박형 샘플 홀더를 사용했습니다.
류구 시료에 대한 SR-XCT 분석은 BL20XU/SPring-8 통합 CT 시스템을 이용하여 수행되었습니다. 이 통합 CT 시스템은 다양한 측정 모드를 제공합니다. 시료 전체 구조를 포착하는 광시야 저해상도(WL) 모드, 관심 영역의 정밀한 측정을 위한 협시야 고해상도(NH) 모드, 그리고 시료 부피의 회절 패턴을 얻기 위한 방사선 사진 촬영 모드, 또한 시료 내 수평면 광물상의 2차원 구조를 나타내는 XRD-CT 모드가 있습니다. 모든 측정은 시료 홀더를 베이스에서 분리하는 내장 시스템을 사용하지 않고도 수행할 수 있어 정확한 CT 및 XRD-CT 측정이 가능합니다. WL 모드 X선 검출기(BM AA40P; Hamamatsu Photonics)에는 10 µm 두께의 루테튬 알루미늄 가넷(Lu3Al5O12:Ce) 단결정으로 구성된 섬광체와 릴레이 렌즈를 갖춘 4608 × 4608 픽셀의 금속 산화물 반도체(CMOS) 카메라(C14120-20P; Hamamatsu Photonics)가 추가로 장착되었습니다. WL 모드에서의 픽셀 크기는 약 0.848 µm입니다. 따라서 오프셋 CT 모드에서 WL 모드의 시야(FOV)는 약 6 mm입니다. NH 모드 X선 검출기(BM AA50; Hamamatsu Photonics)는 두께 20 µm의 가돌리늄-알루미늄-갈륨 가넷(Gd3Al2Ga3O12) 섬광체, 2048 × 2048 픽셀 해상도의 CMOS 카메라(C11440-22CU; Hamamatsu Photonics) 및 ×20 렌즈로 구성되었습니다. NH 모드에서 픽셀 크기는 약 0.25 µm이고 시야각은 약 0.5 mm입니다. XRD 모드 검출기(BM AA60; Hamamatsu Photonics)는 두께 50 µm의 P43(Gd2O2S:Tb) 분말 스크린으로 구성된 섬광체, 2304 × 2304 픽셀 해상도의 CMOS 카메라(C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) 및 릴레이 렌즈로 구성되었습니다. 이 검출기는 유효 픽셀 크기가 19.05 µm이고 시야각(FOV)이 43.9 mm²입니다. FOV를 넓히기 위해 WL 모드에서 오프셋 CT 기법을 적용했습니다. CT 재구성을 위한 투과광 영상은 회전축을 중심으로 수평으로 반사된 180°~360° 범위의 영상과 0°~180° 범위의 영상으로 구성됩니다.
XRD 모드에서 X선 ​​빔은 프레넬 존 플레이트로 집속됩니다. 이 모드에서 검출기는 시료 뒤쪽 110mm에 위치하고 빔 스톱은 검출기 앞쪽 3mm에 있습니다. 2θ 범위 1.43°~18.00°(격자 피치 d = 16.6~1.32Å)에서 X선 ​​스팟이 검출기 시야의 하단에 초점을 맞춰 회절 이미지를 얻었습니다. 시료는 일정한 간격으로 수직으로 이동하며, 각 수직 스캔 단계마다 반 바퀴씩 회전합니다. 광물 입자가 180° 회전 시 브래그 조건을 만족하면 수평면에서 광물 입자의 회절을 얻을 수 있습니다. 각 수직 스캔 단계에 대한 회절 이미지를 하나의 이미지로 합성했습니다. SR-XRD-CT 분석 조건은 SR-XRD 분석 조건과 거의 동일합니다. XRD-CT 모드에서 검출기는 시료 뒤쪽 69mm에 위치합니다. 2θ 범위 1.2°~17.68°(d = 19.73~1.35 Å)에서 회절 이미지를 얻었으며, 이때 X선 빔과 빔 제한기는 검출기 시야의 중심과 일치합니다. 시료를 수평으로 스캔하고 180° 회전시킵니다. SR-XRD-CT 이미지는 피크 광물 강도를 픽셀 값으로 사용하여 재구성했습니다. 수평 스캔 시, 시료는 일반적으로 500~1000단계로 스캔합니다.
모든 실험에서 X선 ​​에너지는 30keV로 고정했는데, 이는 직경 약 6mm 운석에 대한 X선 투과 하한값이기 때문입니다. 180° 회전 동안 모든 CT 측정에 대해 획득한 이미지 수는 1800장(오프셋 CT 프로그램의 경우 3600장)이었고, 이미지 노출 시간은 WL 모드에서 100ms, NH 모드에서 300ms, XRD에서 500ms, XRD-CT에서 50ms였습니다. 일반적인 시료 스캔 시간은 WL 모드에서 약 10분, NH 모드에서 15분, XRD에서 3시간, SR-XRD-CT에서 8시간입니다.
CT 이미지는 컨볼루션 역투영법으로 재구성되었고, 0에서 80 cm⁻¹ 범위의 선형 감쇠 계수로 정규화되었습니다. 3D 데이터 분석에는 Slice 소프트웨어가, XRD 데이터 분석에는 muXRD 소프트웨어가 사용되었습니다.
에폭시로 고정된 류구 입자(A0029, A0037, C0009, C0014 및 C0068)를 건식 조건에서 0.5 µm(3M) 다이아몬드 래핑 필름 수준까지 표면을 점진적으로 연마했습니다. 이 과정에서 연마 재료가 표면에 닿지 않도록 주의했습니다. 각 시료의 연마된 표면은 먼저 광학 현미경으로 관찰한 후, 에너지 분산 분광기(AZtec)가 장착된 JEOL JSM-7100F SEM을 사용하여 후방 산란 전자(BSE) 이미지를 얻어 시료의 광물학적 및 조직 이미지를 확인하고 정성적인 NIPR 원소 분석을 수행했습니다. 각 시료에 대해 전자 프로브 미세 분석기(EPMA, JEOL JXA-8200)를 사용하여 주요 및 미량 원소의 함량을 분석했습니다. 층상규산염 및 탄산염 입자는 5nA에서, 천연 및 합성 표준물질은 15keV에서, 황화물, 자철석, 감람석 및 휘석은 30nA에서 분석하였다. 모달 등급은 ImageJ 1.53 소프트웨어를 사용하여 원소 맵과 BSE 이미지로부터 계산하였으며, 각 광물에 대해 임의로 적절한 임계값을 설정하였다.
산소 동위원소 분석은 적외선 레이저 불소화 시스템을 사용하여 영국 밀턴 케인즈에 있는 오픈 대학교에서 수행되었습니다. 하야부사2 샘플은 시설 간 이송을 위해 질소로 채워진 용기에 담아 오픈 대학교로 전달되었습니다.
시료 주입은 산소 농도가 0.1% 미만으로 모니터링되는 질소 글로브 박스 내에서 수행되었습니다. 하야부사2 분석을 위해 새로운 니켈 시료 홀더를 제작했는데, 이 홀더는 하야부사2 입자용 구멍 하나와 내부 표준 물질인 흑요석용 구멍 하나, 총 두 개의 시료 주입구(직경 2.5mm, 깊이 5mm)로 구성되었습니다. 분석 중, 하야부사2 물질이 담긴 시료 주입구는 레이저 반응 동안 시료를 고정하기 위해 직경 3mm, 두께 약 1mm의 BaF2 내부 창으로 덮었습니다. BrF5 가스는 니켈 시료 홀더에 만들어진 가스 혼합 채널을 통해 시료로 꾸준히 공급되었습니다. 시료 챔버 또한 진공 불소화 라인에서 분리한 후 질소 글로브 박스 내에서 열 수 있도록 재구성되었습니다. 두 부분으로 구성된 챔버는 구리 개스킷이 있는 압축 씰과 EVAC Quick Release CeFIX 38 체인 클램프로 밀봉되었습니다. 챔버 상단의 두께 3mm BaF2 창을 통해 시료와 레이저 가열을 동시에 관찰할 수 있습니다. 시료를 넣은 후 챔버를 다시 고정하고 불소화 라인에 다시 연결합니다. 분석 전에 시료 챔버를 진공 상태에서 약 95°C로 하룻밤 동안 가열하여 흡착된 수분을 제거했습니다. 하룻밤 가열 후 챔버를 실온으로 식힌 다음, 시료 이송 중 대기에 노출된 부분을 BrF5 용액 세 번 주입하여 수분을 제거했습니다. 이러한 절차를 통해 하야부사 2호 시료가 대기에 노출되지 않고 시료 주입 중 대기로 배출되는 불소화 라인 부분의 수분으로 오염되지 않도록 합니다.
류구 C0014-4 및 오르구이(CI) 입자 샘플은 수정된 "단일" 모드42에서 분석되었고, Y-82162(CY) 분석은 여러 개의 샘플 웰이 있는 단일 트레이에서 수행되었습니다41. 무수 성분으로 인해 CY 콘드라이트의 경우 단일 분석법을 사용할 필요가 없습니다. 샘플은 XYZ 갠트리에 장착된 50W(10.6µm) 출력의 Photon Machines Inc. 적외선 CO2 레이저를 사용하여 BrF5 존재 하에 가열되었습니다. 내장된 비디오 시스템은 반응 과정을 모니터링합니다. 불소화 후, 생성된 O2는 두 개의 극저온 질소 트랩과 가열된 KBr 베드를 사용하여 과량의 불소를 제거했습니다. 정제된 산소의 동위원소 조성은 질량 분해능이 약 200인 Thermo Fisher MAT 253 이중 채널 질량 분석기를 사용하여 분석되었습니다.
일부 경우, 시료 반응 중 방출되는 기체 O2의 양이 140 µg 미만이었는데, 이는 MAT 253 질량 분석기의 벨로우즈 장치 사용 한계치와 거의 일치합니다. 이러한 경우에는 마이크로볼륨을 사용하여 분석하십시오. 하야부사2 입자를 분석한 후, 내부 표준 물질인 흑요석을 불소화하고 산소 동위원소 조성을 측정했습니다.
NF+ NF3+ 조각 이온은 질량 33(16O17O)을 갖는 빔과 간섭을 일으킵니다. 이러한 잠재적인 문제를 제거하기 위해 대부분의 시료는 극저온 분리 절차를 사용하여 처리됩니다. 이 절차는 MAT 253 분석 전에 순방향으로 수행하거나, 분석 대상 가스를 특수 분자체로 되돌려 극저온 분리 후 다시 통과시키는 2차 분석으로 수행할 수 있습니다. 극저온 분리는 액체 질소 온도에서 분자체에 가스를 공급한 다음 -130°C의 온도에서 1차 분자체로 배출하는 과정을 포함합니다. 광범위한 테스트 결과, NF+는 1차 분자체에 남아 있으며 이 방법을 사용해도 상당한 분획이 발생하지 않는 것으로 나타났습니다.
내부 흑요석 표준 시료에 대한 반복 분석 결과, 벨로우즈 모드에서 시스템의 전체 정확도는 δ17O의 경우 ±0.053‰, δ18O의 경우 ±0.095‰, Δ17O의 경우 ±0.018‰(2 표준편차)입니다. 산소 동위원소 분석 결과는 표준 델타 표기법으로 나타내며, δ18O는 다음과 같이 계산됩니다.
또한 δ17O 값에는 17O/16O 비율을 사용하십시오. VSMOW는 비엔나 평균 해수 표준(Vienna Mean Sea Water Standard)의 국제 표준입니다. Δ17O는 지구 동위원소 분별선으로부터의 편차를 나타내며, 계산 공식은 Δ17O = δ17O – 0.52 × δ18O입니다. 부록 표 3에 제시된 모든 데이터는 간극 보정을 거쳤습니다.
고치 코어 샘플링 연구소(JAMSTEC)의 히타치 하이테크 SMI4050 FIB 장비를 사용하여 류구 입자에서 약 150~200 nm 두께의 단면을 추출했습니다. 모든 FIB 단면은 입자 간 이동을 위해 질소 가스가 채워진 용기에서 꺼낸 후 가공되지 않은 입자의 파편에서 얻은 것입니다. 이 파편들은 SR-CT로 측정되지는 않았지만, 탄소 K-edge 스펙트럼에 영향을 줄 수 있는 잠재적 손상 및 오염을 방지하기 위해 지구 대기에 최소한으로 노출시켜 처리했습니다. 텅스텐 보호층을 증착한 후, 관심 영역(최대 25 × 25 μm²)을 30 kV의 가속 전압에서, 그리고 표면 손상을 최소화하기 위해 5 kV 및 40 pA의 프로브 전류에서 Ga+ 이온 빔으로 절단하고 얇게 만들었습니다. 그런 다음 FIB가 장착된 미세 조작기를 사용하여 초박형 단면을 확대된 구리 메쉬(고치 메쉬)³⁹ 위에 놓았습니다.
류구 A0098(1.6303mg)과 C0068(0.6483mg) 펠릿은 지구 대기와의 접촉을 완전히 차단하기 위해 SPring-8의 순수 질소 충전 글러브 박스에서 고순도 폴리에틸렌 시트로 두 번 밀봉했습니다. JB-1(일본 지질조사소에서 발행한 지질학적 기준 암석) 시료 준비는 도쿄도립대학교에서 수행했습니다.
INAA는 교토대학교 통합방사선핵과학연구소에서 수행되었습니다. 시료는 원소 정량에 사용된 핵종의 반감기에 따라 선택된 서로 다른 조사 주기로 두 번 조사되었습니다. 먼저, 시료는 공압식 조사관에서 30초 동안 조사되었습니다. 그림 3에서 열중성자와 고속중성자의 플럭스는 Mg, Al, Ca, Ti, V 및 Mn 함량 측정을 위해 각각 4.6 × 10¹² 및 9.6 × 10¹¹ cm⁻² s⁻¹입니다. (n, n)과 같은 간섭 핵반응을 보정하기 위해 MgO(순도 99.99%, 소에카와 화학), Al(순도 99.9%, 소에카와 화학) 및 Si 금속(순도 99.999%, 후지필름 와코 순수화학)과 같은 화학 물질도 조사되었습니다. 또한 중성자속 변화를 보정하기 위해 시료에 염화나트륨(순도 99.99%, MANAC)을 조사했습니다.
중성자 조사 후, 외부 폴리에틸렌 시트를 새 것으로 교체하고 시료와 기준 시료에서 방출되는 감마선을 Ge 검출기로 즉시 측정했습니다. 동일한 시료를 공압식 조사관에서 4시간 동안 재조사했습니다. Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Se, Sb, Os, Ir 및 Au 함량 측정을 위해 사용된 중성자 조사 장비는 열중성자속 5.6 × 10¹² cm⁻² s⁻¹와 고속중성자속 1.2 × 10¹² cm⁻² s⁻¹를 갖습니다. Ga, As, Se, Sb, Os, Ir 및 Au의 대조 시료는 농도가 알려진 해당 원소의 표준 용액을 적절한 양(10~50 μg)으로 두 장의 여과지에 도포한 후 시료를 조사하여 준비했습니다. 감마선 계측은 교토대학교 통합방사선핵과학연구소와 도쿄도립대학교 RI 연구센터에서 수행했습니다. INAA 원소의 정량적 측정을 위한 분석 절차 및 표준물질은 이전 연구에서 설명한 것과 동일합니다.
NIPR에서는 X선 회절기(Rigaku SmartLab)를 사용하여 류구 시료 A0029(<1mg), A0037(≪1mg) 및 C0087(<1mg)의 회절 패턴을 수집했습니다. NIPR에서는 X선 회절기(Rigaku SmartLab)를 사용하여 류구 시료 A0029(<1mg), A0037(≪1mg) 및 C0087(<1mg)의 회절 패턴을 수집했습니다. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (``1 мг) и C0087 (<1 мг) в NIPR. NIPR에 보관된 Ryugu A0029(<1mg), A0037(≪1mg) 및 C0087(<1mg) 시료의 회절 패턴을 수집하기 위해 X선 회절기(Rigaku SmartLab)를 사용했습니다.使useX 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 는 NIPR 收集Ryugu 样품A0029(<1mg)、A0037(<1mg) 와 C0087(<1mg) 的衍射图案입니다.使useX 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 는 NIPR 收集Ryugu 样품A0029(<1mg)、A0037(<1mg) 와 C0087(<1mg) 的衍射图案입니다. Дифрактограммы образцов Ryugu A0029(<1 мг), A0037(<1 мг) 및 C0087(<1 мг) были получены в NIPR с использованием рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Ryugu A0029(<1mg), A0037(<1mg) 및 C0087(<1mg) 시료의 X선 회절 패턴은 NIPR에서 Rigaku SmartLab X선 회절기를 사용하여 얻었습니다.모든 시료는 사파이어 유리판을 이용하여 실리콘 무반사 웨이퍼 상에서 미세 분말로 분쇄한 후, 물이나 알코올 등의 액체 없이 실리콘 무반사 웨이퍼 상에 고르게 도포하였다. 측정 조건은 다음과 같다. Cu Kα X선은 관전압 40kV, 관전류 40mA에서 발생시켰고, 슬릿 길이는 10mm, 발산각은 (1/6)°, 평면 내 회전 속도는 20rpm, 2θ(이중 브래그 각) 범위는 3~100°이며 분석에는 약 28시간이 소요되었다. 브래그-브렌타노 광학계를 사용하였고, 검출기는 1차원 실리콘 반도체 검출기(D/teX Ultra 250)를 사용하였다. Cu Kβ X선은 Ni 필터를 이용하여 제거하였다. 이용 가능한 시료를 사용하여 합성 마그네슘 사포나이트(JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), 서펜틴(잎사문석, Miyazu, Nikka) 및 황철석(단사정계 4C, Chihua, Mexico Watts)의 측정값을 비교하여 피크를 식별하고, 국제회절데이터센터(ICD)의 분말 회절 데이터 파일(PDF 01-071-1662)과 자철석(PDF 00-019-0629)을 사용했습니다. 또한 류구 운석의 회절 데이터를 수분변질된 탄소질 운석인 오르구일 CI, Y-791198 CM2.4 및 Y 980115 CY(가열 단계 III, 500–750°C)의 데이터와 비교했습니다. 비교 결과 오르구일 운석과는 유사점을 보였지만 Y-791198 및 Y 980115 운석과는 유사점을 보이지 않았습니다.
FIB로 제작된 초박형 시료의 탄소 에지 K NEXAFS 스펙트럼은 일본 오카자키에 위치한 분자과학연구소의 UVSOR 싱크로트론 시설에 있는 STXM BL4U 채널을 사용하여 측정되었습니다. 프레넬 존 플레이트로 광학적으로 초점을 맞춘 빔의 스팟 크기는 약 50 nm입니다. 에너지 스텝은 근접 에지 영역(283.6–292.0 eV)의 미세 구조에 대해서는 0.1 eV이고, 전면 및 후면 영역에 대해서는 0.5 eV(280.0–283.5 eV 및 292.5–300.0 eV)입니다. 각 이미지 픽셀의 시간은 2 ms로 설정되었습니다. 진공 배기 후, STXM 분석 챔버는 약 20 mbar의 압력으로 헬륨으로 채워졌습니다. 이는 챔버 및 시료 홀더 내 X선 광학 장비의 열 드리프트를 최소화하고 시료 손상 및/또는 산화를 줄이는 데 도움이 됩니다. NEXAFS K-edge 탄소 스펙트럼은 aXis2000 소프트웨어와 STXM 자체 데이터 처리 소프트웨어를 사용하여 스택된 데이터로부터 생성되었습니다. 시료의 산화 및 오염을 방지하기 위해 시료 이송 케이스와 글러브 박스를 사용했습니다.
STXM-NEXAFS 분석 후, 류구 FIB 절편의 수소, 탄소, 질소 동위원소 조성은 JAMSTEC NanoSIMS 50L을 이용한 동위원소 이미징으로 분석하였다. 탄소 및 질소 동위원소 분석에는 약 2 pA, 수소 동위원소 분석에는 약 13 pA의 집속된 Cs+ 1차 빔을 시료 표면의 약 24 × 24 µm² ~ 30 × 30 µm² 영역에 걸쳐 래스터화하였다. 비교적 강한 1차 빔 전류로 3분간 사전 분무 후, 2차 빔 강도가 안정화된 뒤 각 분석을 시작했다. 탄소 및 질소 동위원소 분석의 경우, 질량 분해능이 약 9000에 달하는 7전자 증폭기 다중 검출기를 이용하여 ¹²C⁻, ¹³C⁻, ¹⁶O⁻, ¹²C¹⁴N⁻, ¹²C¹⁵N⁻ 이미지를 동시에 획득하였다. 이 질량 분해능은 모든 관련 동위원소 화합물을 분리하기에 충분하다. 간섭(예: 13C에 대한 12C1H 및 12C15N에 대한 13C14N)을 고려했습니다. 수소 동위원소 분석을 위해 3개의 전자 증폭기를 사용한 다중 검출 방식으로 약 3000의 질량 분해능을 갖는 1H, 2D 및 12C 이미지를 얻었습니다. 각 분석은 동일 영역의 스캔 이미지 30개로 구성되며, 탄소 및 질소 동위원소 분석의 경우 256 × 256 픽셀, 수소 동위원소 분석의 경우 128 × 128 픽셀의 이미지를 사용했습니다. 지연 시간은 탄소 및 질소 동위원소 분석의 경우 픽셀당 3000 µs, 수소 동위원소 분석의 경우 픽셀당 5000 µs입니다. 기기 질량 분별 보정을 위해 1-하이드록시벤조트리아졸 수화물을 수소, 탄소 및 질소 동위원소 표준물질로 사용했습니다.45
FIB C0068-25 프로파일에서 태양계 형성 이전 흑연의 실리콘 동위원소 조성을 측정하기 위해 질량 분해능이 약 9000인 6개의 전자 증폭기를 사용했습니다. 이미지는 256 × 256 픽셀로 구성되며 픽셀당 지연 시간은 3000 µs입니다. 수소, 탄소 및 실리콘 동위원소 표준 물질로 실리콘 웨이퍼를 사용하여 질량 분별 장비를 교정했습니다.
동위원소 이미지는 NASA의 NanoSIMS45 이미징 소프트웨어를 사용하여 처리되었습니다. 데이터는 전자 증폭기 데드 타임(44ns)과 준동시 도착 효과를 보정했습니다. 이미지 획득 중 발생하는 이미지 드리프트를 보정하기 위해 각 이미지마다 다른 스캔 정렬을 적용했습니다. 최종 동위원소 이미지는 각 스캔 픽셀에 대해 각 이미지에서 얻은 이차 이온들을 더하여 생성되었습니다.
STXM-NEXAFS 및 NanoSIMS 분석 후, 동일한 FIB 단면을 JEOL JEM-ARM200F 투과 전자 현미경(고치, JAMSTEC)을 이용하여 200kV 가속 전압에서 관찰하였다. 미세구조는 명시야 투과 전자 현미경과 암시야 고각 주사 투과 전자 현미경(HAXSTEM)을 이용하여 관찰하였다. 광물상은 점 전자 회절 및 격자 밴드 이미징을 통해 확인하였고, 화학 분석은 100mm² 실리콘 드리프트 검출기와 JEOL Analysis Station 4.30 소프트웨어를 사용하는 EDS를 이용하여 수행하였다. 정량 분석을 위해, 각 원소의 특성 X선 강도는 TEM 스캐닝 모드에서 데이터 획득 시간 30초, 빔 스캐닝 영역 ~100 × 100nm², 빔 전류 50pA의 고정 조건으로 측정하였다. 층상 규산염의 (Si + Al)-Mg-Fe 비율은 천연 피로파가넷 표준에서 얻은 두께 보정 실험 계수 k를 사용하여 결정되었습니다.
본 연구에 사용된 모든 이미지와 분석 자료는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA) 데이터 아카이빙 및 커뮤니케이션 시스템(DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2 에서 확인할 수 있습니다. 본 논문은 원본 데이터를 제공합니다.
Kitari, K. et al. Hayabusa2 NIRS3 기기로 관측한 소행성 162173 Ryugu의 표면 구성. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Yamato형 탄소질 운석(CY): 류구 소행성 표면의 유사체? 지구화학 79, 125531(2019).
Pilorjet, S. et al. 류구 샘플의 첫 번째 구성 분석은 MicroOmega 초분광 현미경을 사용하여 수행되었습니다. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. et al. C형 소행성 류구에서 가져온 Hyabusa2 샘플의 예비 분석. National Astron. 6, 214–220 (2021).