Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümü sınırlı CSS desteğine sahiptir. En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan sunacağız.
Uçucu ve organik madde açısından zengin olan C tipi asteroitler, Dünya'daki suyun ana kaynaklarından biri olabilir. Şu anda, karbon taşıyan kondritlerin kimyasal bileşimleri hakkında en iyi fikir verdiği doğrudur, ancak meteoritlerle ilgili bilgiler çarpıtılmıştır: yalnızca en dayanıklı türler atmosfere girip daha sonra Dünya çevresiyle etkileşime girerek hayatta kalır. Burada, Hayabusa-2 uzay aracı tarafından Dünya'ya getirilen birincil Ryugu parçacığının ayrıntılı bir hacimsel ve mikroanalitik çalışmasının sonuçlarını sunuyoruz. Ryugu parçacıkları, güneş sisteminin genel bileşiminin bir göstergesi olarak yaygın olarak kullanılan kimyasal olarak parçalanmamış ancak suyla değiştirilmiş CI (Iwuna tipi) kondritlerle bileşim açısından yakın bir eşleşme göstermektedir. Bu örnek, zengin alifatik organikler ve katmanlı silikatlar arasında karmaşık bir mekansal ilişki göstermektedir ve su erozyonu sırasında yaklaşık 30 °C'lik bir maksimum sıcaklığa işaret etmektedir. Güneş dışı bir kökene uygun bol miktarda döteryum ve diazonyum bulduk. Ryugu parçacıkları şimdiye kadar incelenen en kirlenmemiş ve ayrılmaz uzaylı materyalidir ve güneş sisteminin genel yapısına en iyi şekilde uymaktadır.
Haziran 2018'den Kasım 2019'a kadar, Japonya Uzay Araştırma Ajansı'nın (JAXA) Hayabusa2 uzay aracı, asteroit Ryugu'nun kapsamlı bir uzaktan araştırmasını gerçekleştirdi. Hayabusa-2'deki Yakın Kızılötesi Spektrometresi'nden (NIRS3) alınan veriler, Ryugu'nun termal ve/veya şok metamorfik karbonlu kondritlere benzer bir malzemeden oluşabileceğini düşündürmektedir. En yakın eşleşme CY kondrittir (Yamato tipi) 2. Ryugu'nun düşük albedosu, çok sayıda karbon açısından zengin bileşenin varlığı, parçacık boyutu, gözeneklilik ve mekansal aşınma etkileri ile açıklanabilir. Hayabusa-2 uzay aracı, Ryugu'ya iki iniş yaptı ve örnek topladı. 21 Şubat 2019'daki ilk iniş sırasında, dönüş kapsülünün A bölmesinde saklanan yüzey malzemesi elde edildi ve 11 Temmuz 2019'daki ikinci iniş sırasında, küçük bir taşınabilir çarpıcı tarafından oluşturulan yapay bir kraterin yakınında malzeme toplandı. Bu örnekler C Koğuşu'nda saklanmaktadır. JAXA tarafından yönetilen tesislerde özel, kirlenmemiş ve saf azot dolu odalarda Aşama 1'deki parçacıkların başlangıçtaki tahribatsız karakterizasyonu, Ryugu parçacıklarının CI4 kondritlerine en çok benzediğini ve "çeşitli düzeylerde varyasyon" sergilediğini göstermiştir3. Ryugu'nun CY veya CI kondritlerine benzer şekilde görünüşte çelişkili sınıflandırması, yalnızca Ryugu parçacıklarının ayrıntılı izotopik, elementsel ve mineralojik karakterizasyonu ile çözülebilir. Burada sunulan sonuçlar, asteroit Ryugu'nun genel bileşimi için bu iki ön açıklamadan hangisinin daha olası olduğunu belirlemek için sağlam bir temel sağlar.
Sekiz Ryugu pelet (toplamda yaklaşık 60 mg), dördü A Odası'ndan ve dördü C Odası'ndan olmak üzere, Kochi ekibini yönetmek üzere Faz 2'ye atandı. Çalışmanın temel amacı, Ryugu asteroitinin doğasını, kökenini ve evrimsel geçmişini açıklamak ve kondrit, gezegenler arası toz parçacıkları (IDP'ler) ve geri dönen kuyruklu yıldızlar gibi diğer bilinen dünya dışı örneklerle benzerliklerini ve farklılıklarını belgelemektir. NASA'nın Stardust görevi tarafından toplanan örnekler.
Beş Ryugu tanesinin (A0029, A0037, C0009, C0014 ve C0068) detaylı mineralojik analizi, bunların esas olarak ince ve iri taneli fillosilikatlardan (~64–88 hacim %; Şekil 1a, b, Ek Şekil 1) oluştuğunu göstermiştir. ve ek tablo 1). İri taneli fillosilikatlar, ince taneli, fillosilikat açısından zengin matrislerde (birkaç mikrondan daha küçük) pinnat agregalar (boyut olarak onlarca mikrona kadar) olarak oluşur. Katmanlı silikat parçacıkları serpantin-saponit simbiyontlarıdır (Şekil 1c). (Si + Al)-Mg-Fe haritası ayrıca toplu katmanlı silikat matrisinin serpantin ve saponit arasında bir ara bileşime sahip olduğunu göstermektedir (Şekil 2a, b). Fillosilikat matrisi karbonat mineralleri (~2–21 hacimce), sülfür mineralleri (~2,4–5,5 hacimce) ve manyetit (~3,6–6,8 hacimce) içerir. Bu çalışmada incelenen parçacıklardan biri (C0009) az miktarda (~0,5 hacimce) susuz silikat (olivin ve piroksen) içeriyordu; bu, ham Ryugu taşını oluşturan kaynak materyali tanımlamaya yardımcı olabilir5. Bu susuz silikat, Ryugu peletlerinde nadirdir ve yalnızca C0009 peletinde pozitif olarak tanımlanmıştır. Karbonatlar matriste parçalar halinde (birkaç yüz mikrondan az) bulunur, çoğunlukla dolomit, az miktarda kalsiyum karbonat ve brinell ile. Manyetit, izole parçacıklar, framboidler, plaklar veya küresel agregalar olarak bulunur. Sülfürler esas olarak düzensiz altıgen prizmalar/plakalar veya çıtalar biçiminde pirotin ile temsil edilir. Matriste büyük miktarda submikron pentlandit veya pirotin kombinasyonu bulunur. Karbon açısından zengin fazlar (<10 µm boyutunda) fillosilikat açısından zengin matriste yaygın olarak bulunur. Karbon açısından zengin fazlar (<10 µm boyutunda) fillosilikat açısından zengin matriste yaygın olarak bulunur. Богатые углеродом фазы (размером <10 mкм) встречаются повсеместно в богатой филлосиликатами матрице. Karbon açısından zengin fazlar (<10 µm boyutunda) fillosilikat açısından zengin matriste yaygın olarak bulunur.富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。 Богатые углеродом фазы (размером <10 mкм) преобладают в богатой филлосиликатами матрице. Fillosilikat açısından zengin matriste karbon açısından zengin fazlar (<10 µm boyutunda) baskındır.Diğer yardımcı mineraller Ek Tablo 1'de gösterilmiştir. C0087 ve A0029 ve A0037 karışımının X-ışını kırınımı deseninden belirlenen minerallerin listesi, CI (Orgueil) kondritinde belirlenenlerle oldukça tutarlıdır, ancak CY ve CM (Mighei tipi) kondritlerinden büyük ölçüde farklıdır (genişletilmiş verilerle Şekil 1 ve Ek Şekil 2). Ryugu tanelerinin (A0098, C0068) toplam element içeriği de kondrit 6 CI ile tutarlıdır (genişletilmiş veriler, Şekil 2 ve Ek Tablo 2). Bunun aksine, CM kondritleri orta ve yüksek derecede uçucu elementler, özellikle Mn ve Zn bakımından tükenmiştir ve refrakter elementler bakımından daha yüksektir7. Bazı elementlerin konsantrasyonları büyük ölçüde değişir ve bu, bireysel parçacıkların küçük boyutu ve ortaya çıkan örnekleme sapması nedeniyle numunenin içsel heterojenliğinin bir yansıması olabilir. Tüm petrolojik, mineralojik ve element özellikleri Ryugu tanelerinin CI8,9,10 kondritlerine çok benzediğini göstermektedir. Dikkat çekici bir istisna Ryugu tanelerinde ferrihidrit ve sülfat bulunmamasıdır, bu da CI kondritlerindeki bu minerallerin karasal aşınma ile oluştuğunu düşündürmektedir.
a, Mg Kα (kırmızı), Ca Kα (yeşil), Fe Kα (mavi) ve S Kα (sarı) kuru cilalı kesit C0068'in kompozit X-ışını görüntüsü. Kesir, katmanlı silikatlardan (kırmızı: ~hacimce %88), karbonatlardan (dolomit; açık yeşil: ~hacimce %1,6), manyetitten (mavi: ~hacimce %5,3) ve sülfürlerden (sarı: sülfür = ~hacimce %2,5) oluşur. b, a üzerindeki geri saçılmış elektronlardaki kontur bölgesinin görüntüsü. Bru – olgunlaşmamış; Dole – dolomit; FeS demir sülfürdür; Mag – manyetit; meyve suyu – sabuntaşı; Srp – serpantin. c, sırasıyla 0,7 nm ve 1,1 nm'lik serpantin ve saponit kafes bantlarını gösteren tipik bir saponit-serpantin iç içe geçmesinin yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (TEM) görüntüsü.
Ryugu A0037 (dolu kırmızı daireler) ve C0068 (dolu mavi daireler) parçacıklarının matris ve katmanlı silikat (%) bileşimi (Si+Al)-Mg-Fe üçlü sisteminde gösterilmiştir. a, Karşılaştırma için gri renkle gösterilen CI kondritlerine (Ivuna, Orgueil, Alais) karşı çizilen Elektron Probu Mikroanalizi (EPMA) sonuçları. b, Orgueil9 ve Murchison46 meteoritleri ve hidratlı IDP47 ile karşılaştırma için gösterilen Taramalı TEM (STEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) analizi. Küçük demir sülfür parçacıklarından kaçınılarak ince taneli ve iri taneli fillosilikatlar analiz edilmiştir. a ve b'deki noktalı çizgiler saponit ve serpantinin çözünme çizgilerini göstermektedir. a'daki demir açısından zengin kompozisyon, EPMA analizinin mekansal çözünürlüğü tarafından dışlanamayan katmanlı silikat taneleri içindeki alt mikron demir sülfür taneciklerinden kaynaklanıyor olabilir. b'deki saponitten daha yüksek Si içeriğine sahip veri noktaları, fillosilikat tabakasının aralıklarında nano boyutlu amorf silisyum açısından zengin malzemenin varlığından kaynaklanıyor olabilir. Analiz sayısı: A0037 için N=69, EPMA için N=68, C0068 için N=68, A0037 için N=19 ve STEM-EDS için C0068 için N=27. c, trioksi parçacığı Ryugu C0014-4'ün kondrit değerleri ​​CI (Orgueil), CY (Y-82162) ve literatür verileriyle (CM ve C2-ung)41,48,49 karşılaştırılan izotop haritası. Orgueil ve Y-82162 meteoritleri için veri elde ettik. CCAM susuz karbonlu kondrit minerallerinin bir çizgisidir, TFL bir kara ayırma çizgisidir. d, Ryugu parçacığı C0014-4, CI kondrit (Orgueil) ve CY kondrit (Y-82162) için Δ17O ve δ18O haritaları (bu çalışma). Δ17O_Ryugu: Δ17O C0014-1 değeri. Δ17O_Orgueil: Orgueil için ortalama Δ17O değeri. Δ17O_Y-82162: Y-82162 için ortalama Δ17O değeri. Karşılaştırma için literatür 41, 48, 49'dan CI ve CY verileri de gösterilmiştir.
Granül C0014'ten lazer florürleme ile çıkarılan 1,83 mg'lık bir malzeme örneğinde oksijenin kütle izotop analizi gerçekleştirildi (Yöntemler). Karşılaştırma için, yedi adet Orgueil (CI) (toplam kütle = 8,96 mg) ve yedi adet Y-82162 (CY) (toplam kütle = 5,11 mg) kopyası çalıştırdık (Ek Tablo 3).
Şekil 2d'de Orgueil ve Ryugu'nun ağırlık ortalama parçacıkları ile Y-82162'nin ağırlık ortalaması parçacıkları arasında Δ17O ve δ18O'nun net bir şekilde ayrıldığı görülmektedir. Ryugu C0014-4 parçacığının Δ17O'su, 2 sd'deki örtüşmeye rağmen Orgeil parçacığınınkinden daha yüksektir. Ryugu parçacıkları, Orgeil'e kıyasla daha yüksek Δ17O değerlerine sahiptir ve bu, ikincisinin 1864'teki düşüşünden bu yana karasal kirliliğini yansıtabilir. Karasal ortamda aşınma11, zorunlu olarak atmosferik oksijenin dahil edilmesiyle sonuçlanır ve genel analizi karasal fraksiyonlaşma çizgisine (TFL) daha yakın hale getirir. Bu sonuç, Ryugu tanelerinin hidrat veya sülfat içermediği, Orgeil'in ise içerdiği yönündeki mineralojik verilerle (daha önce tartışılmıştır) tutarlıdır.
Yukarıdaki mineralojik verilere dayanarak, bu sonuçlar Ryugu tanecikleri ile CI kondritleri arasında bir ilişkiyi destekler, ancak CY kondritleri arasında bir ilişkiyi dışlar. Ryugu taneciklerinin, dehidratasyon mineralojisinin açık belirtilerini gösteren CY kondritleri ile ilişkili olmaması şaşırtıcıdır. Ryugu'nun yörünge gözlemleri, dehidratasyona uğradığını ve bu nedenle muhtemelen CY materyalinden oluştuğunu göstermektedir. Bu belirgin farkın nedenleri belirsizliğini korumaktadır. Diğer Ryugu parçacıklarının bir oksijen izotop analizi, eşlik eden bir makalede 12 sunulmuştur. Ancak, bu genişletilmiş veri setinin sonuçları da Ryugu parçacıkları ile CI kondritleri arasındaki ilişki ile tutarlıdır.
Koordineli mikroanaliz tekniklerini (Ek Şekil 3) kullanarak, odaklanmış iyon demeti fraksiyonunun (FIB) C0068.25'in tüm yüzey alanı üzerindeki organik karbonun mekansal dağılımını inceledik (Şekil 3a–f). C0068.25 kesitindeki yakın kenardaki karbonun ince yapı X-ışını emilim spektrumları (NEXAFS), aromatik veya C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), CH (287,5 eV) ve C(=O)O (288,8 eV) gibi birkaç fonksiyonel grup göstermektedir - grafen yapısı 291,7 eV'de yoktur (Şekil 3a), bu da düşük derecede termal varyasyon anlamına gelir. C0068.25'in kısmi organiklerinin güçlü CH zirvesi (287,5 eV), daha önce incelenen karbonlu kondritlerin çözünmeyen organiklerinden farklıdır ve Stardust görevi tarafından elde edilen IDP14 ve kuyrukluyıldız parçacıklarına daha çok benzemektedir. 287,5 eV'de güçlü bir CH zirvesi ve 285,2 eV'de çok zayıf bir aromatik veya C=C zirvesi, organik bileşiklerin alifatik bileşikler açısından zengin olduğunu göstermektedir (Şekil 3a ve Ek Şekil 3a). Alifatik organik bileşikler açısından zengin alanlar, kaba taneli fillosilikatlarda ve zayıf aromatik (veya C=C) karbon yapısına sahip alanlarda lokalizedir (Şekil 3c,d). Bunun aksine, A0037,22 (Ek Şekil 3) kısmen daha düşük alifatik karbon açısından zengin bölge içeriği göstermiştir. Bu tanelerin altta yatan mineralojisi, kondrit CI 16'ya benzer şekilde karbonatlar açısından zengindir ve bu da kaynak suyunda kapsamlı bir değişiklik olduğunu gösterir (Ek Tablo 1). Oksitleyici koşullar, karbonatlarla ilişkili organik bileşiklerde daha yüksek konsantrasyonlarda karbonil ve karboksil fonksiyonel gruplarını destekleyecektir. Alifatik karbon yapılarına sahip organiklerin alt mikron dağılımı, kaba taneli tabakalı silikatların dağılımından çok farklı olabilir. Tagish Gölü meteoritinde fillosilikat-OH ile ilişkili alifatik organik bileşiklere dair ipuçları bulundu. Koordineli mikroanalitik veriler, alifatik bileşikler açısından zengin organik maddenin C tipi asteroitlerde yaygın olabileceğini ve fillosilikatlarla yakından ilişkili olabileceğini göstermektedir. Bu sonuç, yakın kızılötesi hiperspektral mikroskop MicroOmega tarafından gösterilen Ryugu parçacıklarındaki alifatik/aromatik CH'lere ilişkin önceki raporlarla tutarlıdır. Bu çalışmada gözlemlenen iri taneli fillosilikatlarla ilişkili alifatik karbon açısından zengin organik bileşiklerin benzersiz özelliklerinin yalnızca Ryugu asteroitinde bulunup bulunmadığı önemli ve henüz çözülememiş bir sorudur.
a, NEXAFS karbon spektrumları aromatik (C=C) zengin bölgede (kırmızı), alifatik zengin bölgede (yeşil) ve matriste (mavi) 292 eV'ye normalize edilmiştir. Gri çizgi karşılaştırma için Murchison 13 çözünmeyen organik spektrumudur. au, tahkim birimi. b, Karbon K-kenarının taramalı transmisyon X-ışını mikroskobu (STXM) spektral görüntüsü, kesitin karbon tarafından domine edildiğini göstermektedir. c, aromatik (C=C) zengin bölgeler (kırmızı), alifatik zengin bölgeler (yeşil) ve matris (mavi) içeren RGB kompozit çizimi. d, alifatik bileşikler açısından zengin organikler iri taneli fillosilikat içinde yoğunlaşmıştır, alan b ve c'deki beyaz noktalı kutulardan büyütülmüştür. e, b ve c'deki beyaz noktalı kutudan büyütülen alanda büyük nanoküreler (ng-1). İçin: pirotin. Pn: nikel-kromit. f, Nanoölçekli İkincil İyon Kütle Spektrometrisi (NanoSIMS), Hidrojen (1H), Karbon (12C) ve Azot (12C14N) element görüntüleri, 12C/1H element oranı görüntüleri ve çapraz δD, δ13C ve δ15N izotop görüntüleri – Bölüm PG-1: aşırı 13C zenginleşmesine sahip güneş öncesi grafit (Ek Tablo 4).
Murchison meteoritlerindeki organik madde bozunmasının kinetik çalışmaları, Ryugu tanecikleri açısından zengin alifatik organik maddenin heterojen dağılımı hakkında önemli bilgiler sağlayabilir. Bu çalışma, organik maddedeki alifatik CH bağlarının ana maddede yaklaşık 30°C'lik bir maksimum sıcaklığa kadar devam ettiğini ve/veya zaman-sıcaklık ilişkileriyle değiştiğini (örneğin 100°C'de 200 yıl ve 0°C'de 100 milyon yıl) göstermektedir. Öncül belirli bir sıcaklıkta belirli bir zamandan daha uzun süre ısıtılmazsa, fillosilikat açısından zengin alifatik organiklerin orijinal dağılımı korunabilir. Ancak, kaynak kaya suyu değişimleri bu yorumu zorlaştırabilir, çünkü karbonat açısından zengin A0037 fillosilikatlarla ilişkili herhangi bir karbon açısından zengin alifatik bölge göstermemektedir. Bu düşük sıcaklık değişimi, kabaca Ryugu taneciklerinde kübik feldispat varlığına karşılık gelmektedir (Ek Tablo 1) 20.
Fraksiyon C0068.25 (ng-1; Şekil 3a–c,e) yüksek aromatik (veya C=C), orta derecede alifatik ve zayıf C(=O)O ve C=O spektrumları gösteren büyük bir nanoküre içerir. Alifatik karbonun imzası, kondritlerle ilişkili toplu çözünmeyen organiklerin ve organik nanokürelerin imzasıyla uyuşmuyor (Şekil 3a) 17,21. Tagish Gölü'ndeki nanokürelerin Raman ve kızılötesi spektroskopik analizi, bunların alifatik ve oksitlenmiş organik bileşiklerden ve karmaşık yapıya sahip düzensiz polisiklik aromatik organik bileşiklerden oluştuğunu gösterdi22,23. Çevreleyen matris alifatik bileşikler açısından zengin organikler içerdiğinden, ng-1'deki alifatik karbonun imzası analitik bir eser olabilir. İlginç bir şekilde, ng-1 gömülü amorf silikatlar içerir (Şekil 3e), bu doku henüz hiçbir dünya dışı organik için bildirilmemiştir. Amorf silikatlar ng-1'in doğal bileşenleri olabilir veya analiz sırasında iyon ve/veya elektron demeti ile sulu/susuz silikatların amorfizasyonu sonucu ortaya çıkabilir.
C0068.25 kesitinin NanoSIMS iyon görüntüleri (Şekil 3f), 30.811‰'lik büyük bir 13C zenginleşmesine sahip olan presolar tanecikler (Şekil 3f'deki δ13C görüntüsündeki PG-1) hariç, δ13C ve δ15N'de düzgün değişimler göstermektedir (Ek Tablo 4). X-ışını temel tanecik görüntüleri ve yüksek çözünürlüklü TEM görüntüleri yalnızca karbon konsantrasyonunu ve grafit ile aynı olan 0,3 nm'lik taban düzlemleri arasındaki mesafeyi göstermektedir. Kaba taneli fillosilikatlarla ilişkili alifatik organik maddeyle zenginleştirilmiş δD (841 ± 394‰) ve δ15N (169 ± 95‰) değerlerinin, tüm C bölgesi için ortalamadan (δD = 528 ± 139‰) biraz daha yüksek olduğu dikkat çekicidir. ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) C0068.25'te (Ek Tablo 4). Bu gözlem, kaba taneli fillosilikatlardaki alifatik açıdan zengin organiklerin, çevreleyen organiklerden daha ilkel olabileceğini, çünkü bunların orijinal gövdede çevreleyen suyla izotopik değişim geçirmiş olabileceğini düşündürmektedir. Alternatif olarak, bu izotopik değişimler ilk oluşum süreciyle de ilişkili olabilir. CI kondritlerindeki ince taneli tabakalı silikatların, orijinal iri taneli susuz silikat kümelerinin sürekli değişiminin bir sonucu olarak oluştuğu yorumlanmaktadır. Alifatik açıdan zengin organik madde, güneş sisteminin oluşumundan önce protoplanetary disk veya yıldızlararası ortamda öncü moleküllerden oluşmuş olabilir ve daha sonra Ryugu (büyük) ana gövdesinin su değişimleri sırasında hafifçe değişmiş olabilir. Ryugu'nun boyutu (<1,0 km), sulu değişimin sulu mineraller oluşturması için iç ısıyı yeterli düzeyde koruyacak kadar küçüktür25. Ryugu'nun boyutu (<1,0 km), sulu değişimin sulu mineraller oluşturması için yeterli iç ısıyı koruyacak kadar küçüktür25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменения с образованием водных minералов25. Boyut (<1,0 km) Ryugu, su minerallerinin oluşması için yeterli iç ısıyı koruyamayacak kadar küçüktür25. 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。 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для изменения воды с образованием водных minералов25. Ryugu'nun boyutu (<1,0 km), suyun minerallere dönüşmesini sağlayacak iç ısıyı destekleyemeyecek kadar küçüktür25.Bu nedenle, Ryugu öncüllerinin onlarca kilometrelik bir boyuta sahip olması gerekebilir. Alifatik bileşikler açısından zengin organik maddeler, iri taneli fillosilikatlarla ilişki nedeniyle orijinal izotop oranlarını koruyabilir. Ancak, izotopik ağır taşıyıcıların kesin doğası, bu FIB fraksiyonlarındaki çeşitli bileşenlerin karmaşık ve hassas bir şekilde karıştırılması nedeniyle belirsizliğini korumaktadır. Bunlar, Ryugu granüllerindeki alifatik bileşikler açısından zengin organik maddeler veya bunları çevreleyen iri fillosilikatlar olabilir. Neredeyse tüm karbonlu kondritlerdeki (CI kondritleri dahil) organik maddelerin, CM Paris 24, 26 meteorları hariç, fillosilikatlardan daha fazla D açısından zengin olma eğiliminde olduğunu unutmayın.
A0002.23 ve A0002.26, A0037.22 ve A0037.23 ve C0068.23, C0068.25 ve C0068.26 FIB dilimleri için elde edilen δD ve δ15N hacim çizimleri (üç Ryugu parçacığından toplam yedi FIB dilimi) NanoSIMS'in güneş sistemindeki diğer nesnelerle karşılaştırılması şekil 4'te gösterilmiştir (Ek Tablo 4)27,28. A0002, A0037 ve C0068 profillerindeki δD ve δ15N hacim değişimleri IDP'dekilerle tutarlıdır, ancak CM ve CI kondritlerindekinden daha yüksektir (Şekil 4). Comet 29 örneğinin δD değerleri aralığının (-240 ila 1655‰) Ryugu'nunkinden daha büyük olduğuna dikkat edin. Ryukyu profillerinin δD ve δ15N hacimleri, kural olarak, Jüpiter ailesi ve Oort bulutunun kuyrukluyıldızlarının ortalamasından daha küçüktür (Şekil 4). CI kondritlerinin daha düşük δD değerleri, bu örneklerdeki karasal kirlenmenin etkisini yansıtabilir. Bells, Lake Tagish ve IDP arasındaki benzerlikler göz önüne alındığında, Ryugu parçacıklarındaki δD ve δN değerlerindeki büyük heterojenlik, erken güneş sistemindeki organik ve sulu bileşimlerin ilk izotopik imzalarındaki değişiklikleri yansıtabilir. Ryugu ve IDP parçacıklarındaki δD ve δN'deki benzer izotopik değişiklikler, her ikisinin de aynı kaynaktan gelen malzemeden oluşmuş olabileceğini düşündürmektedir. IDP'lerin kuyrukluyıldız kaynaklarından kaynaklandığına inanılmaktadır 14 . Bu nedenle, Ryugu kuyrukluyıldız benzeri materyal ve/veya en azından dış güneş sistemini içerebilir. Ancak, (1) ana gövdedeki küresel ve D açısından zengin suyun karışımı 31 ve (2) kuyrukluyıldızın D/H oranının kuyrukluyıldız aktivitesinin bir fonksiyonu olması 32 nedeniyle bu, burada belirttiğimizden daha zor olabilir. Ancak, Ryugu parçacıklarında gözlemlenen hidrojen ve nitrojen izotoplarının heterojenliğinin nedenleri, kısmen bugün mevcut olan sınırlı sayıda analiz nedeniyle tam olarak anlaşılmamıştır. Hidrojen ve nitrojen izotop sistemlerinin sonuçları, Ryugu'nun Güneş Sistemi dışından gelen materyalin çoğunu içerdiği ve bu nedenle kuyrukluyıldızlara bazı benzerlikler gösterebileceği olasılığını hala gündeme getirmektedir. Ryugu profili, δ13C ve δ15N arasında belirgin bir korelasyon göstermemiştir (Ek Tablo 4).
Ryugu parçacıklarının genel H ve N izotopik bileşimi (kırmızı daireler: A0002, A0037; mavi daireler: C0068) güneş büyüklüğü 27, Jüpiter ortalama ailesi (JFC27) ve Oort bulutu kuyruklu yıldızları (OCC27), IDP28 ve karbonlu kondrüllerle ilişkilidir. 27 numaralı meteoritin (CI, CM, CR, C2-ung) karşılaştırılması. İzotopik bileşim Ek Tablo 4'te verilmiştir. Noktalı çizgiler H ve N için karasal izotop değerleridir.
Uçucu maddelerin (örneğin organik madde ve su) Dünya'ya taşınması bir endişe kaynağı olmaya devam etmektedir26,27,33. Bu çalışmada tanımlanan Ryugu parçacıklarındaki iri fillosilikatlarla ilişkili alt mikron organik madde, uçucu maddelerin önemli bir kaynağı olabilir. Kaba taneli fillosilikatlardaki organik madde, ince taneli matrislerdeki organik maddeden daha iyi bir şekilde bozulma16,34 ve çürümeye35 karşı korunmuştur. Parçacıklardaki hidrojenin daha ağır izotopik bileşimi, bunların erken Dünya'ya taşınan uçucu maddelerin tek kaynağı olma ihtimalinin düşük olduğu anlamına gelir. Bunlar, yakın zamanda silikatlarda güneş rüzgarıyla sürüklenen suyun varlığı hipotezinde önerildiği gibi, daha hafif hidrojen izotopik bileşimine sahip bileşenlerle karıştırılabilir.
Bu çalışmada, CI meteoritlerinin, Güneş Sistemi'nin genel bileşiminin temsilcileri olarak jeokimyasal önemlerine rağmen,6,10 karasal olarak kirlenmiş örnekler olduğunu gösteriyoruz. Ayrıca, zengin alifatik organik madde ile komşu sulu mineraller arasındaki etkileşimler için doğrudan kanıtlar sunuyoruz ve Ryugu'nun Güneş dışı madde içerebileceğini öne sürüyoruz37. Bu çalışmanın sonuçları, protoasteroidlerin doğrudan örneklenmesinin önemini ve geri dönen örneklerin tamamen inert ve steril koşullar altında taşınması ihtiyacını açıkça göstermektedir. Burada sunulan kanıtlar, Ryugu parçacıklarının şüphesiz laboratuvar araştırmaları için mevcut en kirlenmemiş Güneş Sistemi malzemelerinden biri olduğunu göstermektedir ve bu değerli örneklerin daha fazla incelenmesi, şüphesiz erken Güneş Sistemi süreçleri hakkındaki anlayışımızı genişletecektir. Ryugu parçacıkları, Güneş Sistemi'nin genel bileşiminin en iyi temsilidir.
Alt mikron ölçekli numunelerin karmaşık mikro yapısını ve kimyasal özelliklerini belirlemek için senkrotron radyasyon tabanlı bilgisayarlı tomografi (SR-XCT) ve SR X-ışını kırınımı (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM analizi kullandık. Dünya atmosferinden kaynaklanan bozulma, kirlilik ve ince parçacıklardan veya mekanik numunelerden kaynaklanan hasar yok. Bu arada, taramalı elektron mikroskobu (SEM)-EDS, EPMA, XRD, enstrümantal nötron aktivasyon analizi (INAA) ve lazer oksijen izotop florlama ekipmanı kullanarak sistematik hacimsel analiz gerçekleştirdik. Deney prosedürleri Ek Şekil 3'te gösterilmiştir ve her deney aşağıdaki bölümlerde açıklanmıştır.
Ryugu asteroitinden gelen parçacıklar Hayabusa-2 yeniden giriş modülünden kurtarıldı ve Dünya atmosferini kirletmeden Japonya'nın Sagamihara kentindeki JAXA Kontrol Merkezi'ne teslim edildi.4 JAXA tarafından yönetilen bir tesiste ilk ve tahribatsız karakterizasyondan sonra, çevresel müdahaleyi önlemek için kapatılabilir tesis içi transfer kapları ve numune kapsül çantaları (numune boyutuna bağlı olarak 10 veya 15 mm çapında safir kristal ve paslanmaz çelik) kullanın. çevre. ve/veya yer kirleticileri (örneğin su buharı, hidrokarbonlar, atmosferik gazlar ve ince parçacıklar) ve numune hazırlama ve enstitüler ile üniversiteler arasında taşıma sırasında numuneler arasında çapraz kontaminasyon38. Dünya atmosferiyle (su buharı ve oksijen) etkileşime bağlı bozulma ve kirlenmeyi önlemek için, her türlü numune hazırlama (tantal keski ile kırma, dengeli elmas tel testere (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) kullanma ve epoksi kesme dahil) montaj için hazırlık) eldivenli kutuda temiz kuru N2 (çiğ noktası: -80 ila -60 °C, O2 ~50-100 ppm) altında gerçekleştirildi. Burada kullanılan tüm öğeler, farklı frekanslardaki ultrasonik dalgalar kullanılarak ultra saf su ve etanol kombinasyonu ile temizlenir.
Burada, Antarktika Meteorit Araştırma Merkezi'nin Ulusal Kutup Araştırma Enstitüsü (NIPR) meteorit koleksiyonunu inceliyoruz (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 ve CY: Y 980115).
SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS ve TEM analizleri için cihazlar arası transferde, önceki çalışmalarda anlatılan evrensel ultra ince numune tutucuyu kullandık38.
Ryugu örneklerinin SR-XCT analizi, BL20XU/SPring-8 entegre BT sistemi kullanılarak gerçekleştirildi. Entegre BT sistemi çeşitli ölçüm modlarından oluşur: örneğin tüm yapısını yakalamak için geniş görüş alanı ve düşük çözünürlük (WL) modu, örnek alanının doğru ölçümü için dar görüş alanı ve yüksek çözünürlük (NH) modu, ilgi alanı ve radyografiler, örneğin hacminin kırınım desenini elde etmek için ve örnekteki yatay düzlem mineral fazlarının 2B diyagramını elde etmek için XRD-BT gerçekleştirmek. Tüm ölçümlerin, örnek tutucuyu tabandan çıkarmak için yerleşik sistemi kullanmadan gerçekleştirilebileceğini ve doğru BT ve XRD-BT ölçümlerine olanak sağladığını unutmayın. WL modu X-ışını dedektörü (BM AA40P; Hamamatsu Photonics), 10 lutesyum alüminyum garnet tek kristal kalınlığı µm (Lu3Al5O12:Ce) ve röle lensinden oluşan bir sintilatöre sahip ek bir 4608 × 4608 piksel metal oksit yarı iletken (CMOS) kamera (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) ile donatılmıştır. WL modundaki piksel boyutu yaklaşık 0,848 µm'dir. Bu nedenle, WL modundaki görüş alanı (FOV), ofset CT modunda yaklaşık 6 mm'dir. NH modu X-ışını dedektörü (BM AA50; Hamamatsu Photonics) 20 µm kalınlığında gadolinyum-alüminyum-galyum garnet (Gd3Al2Ga3O12) sintilatörü, 2048 × 2048 piksel çözünürlüğe sahip bir CMOS kamera (C11440-22CU; Hamamatsu Photonics) ve bir ×20 lens ile donatılmıştır. NH modunda piksel boyutu ~0,25 µm ve görüş alanı ~0,5 mm'dir. XRD modu için dedektör (BM AA60; Hamamatsu Photonics), 50 µm kalınlığında P43 (Gd2O2S:Tb) toz ekran, 2304 × 2304 piksel çözünürlüklü CMOS kamera (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) ve bir röle lensinden oluşan bir sintilatörle donatılmıştır. Dedektörün etkin piksel boyutu 19,05 µm ve görüş alanı 43,9 mm2'dir. FOV'yi artırmak için WL modunda bir ofset BT prosedürü uyguladık. BT yeniden yapılandırması için iletilen ışık görüntüsü, dönüş ekseninin etrafında yatay olarak yansıyan 180° ila 360° aralığındaki bir görüntü ve 0° ila 180° aralığındaki bir görüntüden oluşur.
XRD modunda, X-ışını demeti bir Fresnel bölge plakası tarafından odaklanır. Bu modda, dedektör numunenin 110 mm arkasına yerleştirilir ve ışın durdurucu dedektörden 3 mm öndedir. 1,43° ila 18,00° (ızgara aralığı d = 16,6–1,32 Å) arasındaki 2θ aralığındaki kırınım görüntüleri, X-ışını noktası dedektörün görüş alanının altına odaklanmış halde elde edildi. Numune, her dikey tarama adımı için yarım dönüşle düzenli aralıklarla dikey olarak hareket eder. Mineral parçacıkları 180° döndürüldüğünde Bragg koşulunu karşılıyorsa, mineral parçacıklarının yatay düzlemde kırınımı elde etmek mümkündür. Daha sonra kırınım görüntüleri her dikey tarama adımı için tek bir görüntüde birleştirildi. SR-XRD-CT deneyi koşulları, SR-XRD deneyi için olanlarla hemen hemen aynıdır. XRD-CT modunda, dedektör numunenin 69 mm arkasına yerleştirilir. 2θ aralığındaki kırınım görüntüleri 1,2° ila 17,68° (d = 19,73 ila 1,35 Å) arasındadır ve burada hem X-ışını demeti hem de demet sınırlayıcı dedektörün görüş alanının merkeziyle aynı hizadadır. Örneği yatay olarak tarayın ve örneği 180° döndürün. SR-XRD-CT görüntüleri, piksel değerleri olarak pik mineral yoğunluklarıyla yeniden oluşturuldu. Yatay tarama ile örnek genellikle 500-1000 adımda taranır.
Tüm deneyler için, X-ışını enerjisi 30 keV'de sabitlendi, çünkü bu, yaklaşık 6 mm çapındaki meteorlara X-ışını penetrasyonunun alt sınırıdır. 180° dönüş sırasında tüm BT ölçümleri için elde edilen görüntü sayısı 1800'dü (ofset BT programı için 3600) ve görüntülerin pozlama süresi WL modu için 100 ms, NH modu için 300 ms, XRD için 500 ms ve XRD-CT ms için 50 ms idi. Tipik örnek tarama süresi WL modunda yaklaşık 10 dakika, NH modunda 15 dakika, XRD için 3 saat ve SR-XRD-CT için 8 saattir.
BT görüntüleri, evrişimsel geri projeksiyonla yeniden yapılandırıldı ve 0 ila 80 cm-1 arasında doğrusal bir zayıflama katsayısı için normalize edildi. 3B verileri analiz etmek için Slice yazılımı ve XRD verilerini analiz etmek için muXRD yazılımı kullanıldı.
Epoksi ile sabitlenmiş Ryugu parçacıkları (A0029, A0037, C0009, C0014 ve C0068) kuru koşullar altında 0,5 µm (3M) elmas taşlama filmi seviyesine kadar yüzeyde kademeli olarak cilalandı ve cilalama işlemi sırasında malzemenin yüzeyle temas etmesi önlendi. Her numunenin cilalı yüzeyi önce ışık mikroskobu ile incelendi ve ardından enerji dağıtıcı spektrometre (AZtec) ile donatılmış bir JEOL JSM-7100F SEM kullanılarak numunelerin mineraloji ve doku görüntüleri (BSE) ve nitel NIPR elementleri elde etmek için geri saçılmış elektronlar kullanıldı. enerji) resim. Her numune için, majör ve minör elementlerin içeriği bir elektron prob mikroanalizörü (EPMA, JEOL JXA-8200) kullanılarak analiz edildi. Fillosilikat ve karbonat parçacıklarını 5 nA'da, doğal ve sentetik standartları 15 keV'de, sülfürleri, manyetiti, olivin ve pirokseni 30 nA'da analiz edin. Modal dereceler, her mineral için keyfi olarak ayarlanan uygun eşiklerle ImageJ 1.53 yazılımı kullanılarak element haritalarından ve BSE görüntülerinden hesaplandı.
Oksijen izotop analizi, kızılötesi lazer florlama sistemi kullanılarak Açık Üniversite'de (Milton Keynes, İngiltere) gerçekleştirildi. Hayabusa2 örnekleri, tesisler arasında transfer edilmek üzere azot dolu kaplarda Açık Üniversite'ye 38 teslim edildi.
Örnek yüklemesi %0,1'in altında izlenen oksijen seviyesine sahip bir nitrojen eldiven kutusu içinde gerçekleştirildi. Hayabusa2 analitik çalışmaları için, yalnızca iki örnek deliğinden (çap 2,5 mm, derinlik 5 mm) oluşan, biri Hayabusa2 parçacıkları için, diğeri obsidiyen iç standardı için yeni bir Ni örnek tutucu üretildi. Analiz sırasında, Hayabusa2 materyalini içeren örnek kuyusu, lazer reaksiyonu sırasında örneği tutmak için yaklaşık 1 mm kalınlığında ve 3 mm çapında bir iç BaF2 penceresiyle kapatıldı. Numuneye BrF5 akışı, Ni örnek tutucuda kesilen bir gaz karıştırma kanalı ile sağlandı. Örnek haznesi ayrıca vakumlu florlama hattından çıkarılabilecek ve daha sonra nitrojenle doldurulmuş bir eldiven kutusunda açılabilecek şekilde yeniden yapılandırıldı. İki parçalı hazne, bakır contalı bir sıkıştırma contası ve bir EVAC Hızlı Çıkarmalı CeFIX 38 zincir kelepçesi ile kapatıldı. Haznenin üst kısmındaki 3 mm kalınlığındaki bir BaF2 penceresi, numunenin ve lazer ısıtmasının aynı anda gözlemlenmesini sağlar. Numuneyi yükledikten sonra hazneyi tekrar kelepçeleyin ve florlu hatta yeniden bağlayın. Analizden önce, numune haznesi herhangi bir adsorbe olmuş nemi gidermek için vakum altında yaklaşık 95°C'ye kadar bir gece ısıtıldı. Bir gece ısıtıldıktan sonra, haznenin oda sıcaklığına soğumasına izin verildi ve ardından numune transferi sırasında atmosfere maruz kalan kısım nemi gidermek için üç adet BrF5 alikotu ile temizlendi. Bu prosedürler, Hayabusa 2 numunesinin atmosfere maruz kalmamasını ve numune yükleme sırasında atmosfere havalandırılan florlu hattın kısmından gelen nemle kirlenmemesini sağlar.
Ryugu C0014-4 ve Orgueil (CI) partikül örnekleri modifiye edilmiş "tek" modda42 analiz edilirken, Y-82162 (CY) analizi çoklu örnek kuyularına sahip tek bir tepsi üzerinde gerçekleştirildi41. Susuz bileşimleri nedeniyle, CY kondritleri için tek bir yöntem kullanılması gerekli değildir. Örnekler, BrF5 varlığında XYZ gantry üzerine monte edilmiş 50 W (10,6 µm) gücünde bir Photon Machines Inc. kızılötesi CO2 lazeri kullanılarak ısıtıldı. Dahili video sistemi reaksiyonun seyrini izler. Florlamadan sonra, serbest kalan O2, fazla floru gidermek için iki kriyojenik nitrojen tuzağı ve ısıtılmış bir KBr yatağı kullanılarak temizlendi. Saflaştırılmış oksijenin izotopik bileşimi, yaklaşık 200 kütle çözünürlüğüne sahip bir Thermo Fisher MAT 253 çift kanallı kütle spektrometresinde analiz edildi.
Bazı durumlarda, numunenin reaksiyonu sırasında açığa çıkan gaz halindeki O2 miktarı 140 µg'dan azdı; bu da MAT 253 kütle spektrometresindeki körük cihazının kullanılmasının yaklaşık sınırıdır. Bu durumlarda, analiz için mikro hacimler kullanın. Hayabusa2 parçacıkları analiz edildikten sonra, obsidiyen iç standardı florlandı ve oksijen izotop bileşimi belirlendi.
NF+ NF3+ parçasının iyonları, kütle 33 (16O17O) ile ışına müdahale eder. Bu potansiyel sorunu ortadan kaldırmak için, çoğu numune kriyojenik ayırma prosedürleri kullanılarak işlenir. Bu, MAT 253 analizinden önce ileri yönde veya analiz edilen gazı özel moleküler eleğe geri döndürerek ve kriyojenik ayırmadan sonra tekrar geçirerek ikinci bir analiz olarak yapılabilir. Kriyojenik ayırma, sıvı nitrojen sıcaklığında bir moleküler eleğe gaz vermeyi ve ardından -130°C sıcaklıkta birincil bir moleküler eleğe boşaltmayı içerir. Kapsamlı testler, NF+'nin ilk moleküler elekte kaldığını ve bu yöntem kullanılarak önemli bir fraksiyonlaşmanın gerçekleşmediğini göstermiştir.
Dahili obsidiyen standartlarımızın tekrarlanan analizlerine dayanarak, sistemin körük modundaki genel doğruluğu: δ17O için ±0,053‰, δ18O için ±0,095‰, Δ17O için ±0,018‰'dir (2 sd). Oksijen izotop analizi, delta18O'nun şu şekilde hesaplandığı standart delta gösteriminde verilmiştir:
Ayrıca δ17O için 17O/16O oranını kullanın. VSMOW, Viyana Ortalama Deniz Suyu Standardı için uluslararası standarttır. Δ17O, toprak fraksiyonasyon çizgisinden sapmayı temsil eder ve hesaplama formülü şudur: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Ek Tablo 3'te sunulan tüm veriler boşluk ayarlıdır.
Yaklaşık 150 ila 200 nm kalınlığındaki kesitler, JAMSTEC, Kochi Çekirdek Örnekleme Enstitüsü'ndeki Hitachi High Tech SMI4050 FIB cihazı kullanılarak Ryugu parçacıklarından çıkarıldı. Tüm FIB kesitlerinin, nesneler arası transfer için N2 gazı dolu kaplardan çıkarıldıktan sonra işlenmemiş parçacıkların işlenmemiş parçalarından elde edildiğine dikkat edin. Bu parçalar SR-CT ile ölçülmedi, ancak karbon K-kenar spektrumunu etkileyebilecek potansiyel hasar ve kirlenmeyi önlemek için dünya atmosferine minimum maruziyetle işlendi. Bir tungsten koruyucu tabakanın biriktirilmesinden sonra, ilgi alanı (25 × 25 μm2'ye kadar) yüzey hasarını en aza indirmek için 30 kV'luk bir hızlandırma voltajında, ardından 5 kV'da ve 40 pA'lık bir prob akımında bir Ga+ iyon demeti ile kesildi ve inceltildi. Daha sonra ultra ince kesitler, FIB ile donatılmış bir mikromanipülatör kullanılarak genişletilmiş bir bakır ağ (Kochi ağı) 39 üzerine yerleştirildi.
Ryugu A0098 (1.6303mg) ve C0068 (0.6483mg) peletleri, dünyanın atmosferiyle herhangi bir etkileşime girmeden, SPring-8 üzerinde saf nitrojen dolu bir eldiven kutusu içinde saf yüksek saflıkta polietilen levhalara iki kez kapatıldı. JB-1 (Japonya Jeoloji Araştırması tarafından yayınlanan jeolojik referans kaya) için numune hazırlama Tokyo Metropolitan Üniversitesi'nde gerçekleştirildi.
INAA, Kyoto Üniversitesi Entegre Radyasyon ve Nükleer Bilimler Enstitüsü'nde düzenlenmektedir. Örnekler, element kantifikasyonu için kullanılan nükleidin yarı ömrüne göre seçilen farklı ışınlama döngüleriyle iki kez ışınlanmıştır. İlk olarak, örnek 30 saniye boyunca pnömatik bir ışınlama tüpünde ışınlanmıştır. Şekil 3'teki termal ve hızlı nötron akıları, Mg, Al, Ca, Ti, V ve Mn içeriklerini belirlemek için sırasıyla 4,6 × 1012 ve 9,6 × 1011 cm-2 s-1'dir. MgO (%99,99 saflıkta, Soekawa Chemical), Al (%99,9 saflıkta, Soekawa Chemical) ve Si metali (%99,999 saflıkta, FUJIFILM Wako Pure Chemical) gibi kimyasallar da (n, n) gibi karışan nükleer reaksiyonları düzeltmek için ışınlanmıştır. Nötron akısındaki değişiklikleri düzeltmek için numune ayrıca sodyum klorürle (99,99% saflıkta; MANAC) ışınlandı.
Nötron ışınlamasından sonra, dış polietilen levha yenisiyle değiştirildi ve numune ve referans tarafından yayılan gama radyasyonu hemen bir Ge dedektörü ile ölçüldü. Aynı numuneler pnömatik bir ışınlama tüpünde 4 saat boyunca yeniden ışınlandı. 2, Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, İçerik Se, Sb, Os, Ir ve Au'yu belirlemek için sırasıyla 5,6 1012 ve 1,2 1012 cm-2 s-1'lik termal ve hızlı nötron akıları içerir. Ga, As, Se, Sb, Os, Ir ve Au'nun kontrol numuneleri, bu elementlerin bilinen konsantrasyonlarının standart çözeltilerinden uygun miktarlarda (10 ila 50 μg) iki parça filtre kağıdına uygulanarak ışınlandı ve ardından numuneler ışınlandı. Gama ışını sayımı Kyoto Üniversitesi Entegre Radyasyon ve Nükleer Bilimler Enstitüsü ve Tokyo Metropolitan Üniversitesi RI Araştırma Merkezi'nde gerçekleştirildi. INAA elementlerinin kantitatif tayini için analitik prosedürler ve referans materyalleri önceki çalışmamızda açıklananlarla aynıdır.
Ryugu numuneleri A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) ve C0087'nin (<1 mg) NIPR'deki kırınım desenlerini toplamak için bir X-ışını difraktometresi (Rigaku SmartLab) kullanıldı. Ryugu numuneleri A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) ve C0087'nin (<1 mg) NIPR'deki kırınım desenlerini toplamak için bir X-ışını difraktometresi (Rigaku SmartLab) kullanıldı. Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 için akıllı cihaz (Rigaku SmartLab) использовали NIPR'de (≪1 мг) ve C0087 (<1 мг). NIPR'de Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) ve C0087 (<1 mg) örneklerinin kırınım desenlerini toplamak için bir X-ışını difraktometresi (Rigaku SmartLab) kullanıldı.X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) ve C0087 (<1 mg) 的衍射图案。X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) ve C0087 (<1 mg) 的衍射图案。 NIPR'de использованием'de Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) ve C0087 (<1 мг) образцов образцов Ryugu A0029 (<1 мг) рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) ve C0087 (<1 mg) numunelerinin X-ışını kırınım desenleri, bir X-ışını difraktometresi (Rigaku SmartLab) kullanılarak NIPR'de elde edildi.Tüm numuneler safir cam plaka kullanılarak silikon yansıtmayan bir gofret üzerinde ince toz haline getirildi ve daha sonra herhangi bir sıvı (su veya alkol) olmadan silikon yansıtmayan gofret üzerine eşit şekilde yayıldı. Ölçüm koşulları aşağıdaki gibidir: Cu Kα X-ışını radyasyonu 40 kV tüp voltajında ​​ve 40 mA tüp akımında üretilir, sınırlayıcı yarık uzunluğu 10 mm'dir, diverjans açısı (1/6)°'dir, düzlem içi dönüş hızı 20 rpm'dir ve aralık 2θ'dir (çift Bragg açısı) 3-100°'dir ve analiz edilmesi yaklaşık 28 saat sürer. Bragg Brentano optiği kullanıldı. Dedektör tek boyutlu bir silikon yarı iletken dedektörüdür (D/teX Ultra 250). Cu Kβ'nin X-ışınları bir Ni filtresi kullanılarak giderildi. Mevcut örnekler kullanılarak, sentetik magnezyum saponit (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpantin (yaprak serpantini, Miyazu, Nikka) ve pirotin (monoklinik 4C, Chihua, Meksika Watts) ölçümleri, zirveleri belirlemek ve Uluslararası Kırınım Verileri Merkezi'nden toz dosyası veri kırınımı verilerini, dolomit (PDF 01-071-1662) ve manyetit (PDF 00-019-0629) kullanmak için karşılaştırıldı. Ryugu'dan gelen kırınım verileri ayrıca hidroalter karbonlu kondritlerle, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 ve Y 980115 CY (ısıtma aşaması III, 500–750 °C) ilgili verilerle karşılaştırıldı. Karşılaştırma Orgueil ile benzerlikler gösterdi, ancak Y-791198 ve Y 980115 ile göstermedi.
FIB'den yapılan numunelerin ultra ince kesitlerinin karbon kenarı K'li NEXAFS spektrumları, Moleküler Bilimler Enstitüsü'ndeki (Okazaki, Japonya) UVSOR senkrotron tesisindeki STXM BL4U kanalı kullanılarak ölçüldü. Bir Fresnel bölge plakasıyla optik olarak odaklanmış bir ışının nokta boyutu yaklaşık 50 nm'dir. Yakın kenar bölgesinin ince yapısı (283,6–292,0 eV) için enerji adımı 0,1 eV ve bölgelerin ön ve arka cepheleri için 0,5 eV'dir (280,0–283,5 eV ve 292,5–300,0 eV). Her görüntü pikseli için süre 2 ms olarak ayarlandı. Boşaltmadan sonra, STXM analitik haznesi yaklaşık 20 mbar basınçta helyumla dolduruldu. Bu, haznedeki ve numune tutucudaki X-ışını optik ekipmanının termal sürüklenmesini en aza indirmeye ve numune hasarını ve/veya oksidasyonu azaltmaya yardımcı olur. NEXAFS K-edge karbon spektrumları, aXis2000 yazılımı ve tescilli STXM veri işleme yazılımı kullanılarak yığılmış verilerden oluşturulmuştur. Numune transfer kutusu ve eldiven kutusunun numune oksidasyonunu ve kontaminasyonunu önlemek için kullanıldığını unutmayın.
STXM-NEXAFS analizini takiben, Ryugu FIB dilimlerinin hidrojen, karbon ve azot izotopik kompozisyonu, JAMSTEC NanoSIMS 50L ile izotop görüntüleme kullanılarak analiz edildi. Karbon ve azot izotop analizi için yaklaşık 2 pA'lık ve hidrojen izotop analizi için yaklaşık 13 pA'lık odaklanmış bir Cs+ birincil ışın, numune üzerinde yaklaşık 24 × 24 µm2 ila 30 × 30 µm2'lik bir alan üzerinde rasterleştirilir. Nispeten güçlü bir birincil ışın akımında 3 dakikalık bir ön püskürtmeden sonra, her bir analiz, ikincil ışın yoğunluğunun sabitlenmesinden sonra başlatıldı. Karbon ve azot izotoplarının analizi için, tüm ilgili izotopik bileşikleri ayırmak için yeterli olan yaklaşık 9000'lik bir kütle çözünürlüğüne sahip yedi elektron çarpanı multipleks algılama kullanılarak 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– ve 12C15N– görüntüleri aynı anda elde edildi. girişim (yani 13C üzerinde 12C1H ve 12C15N üzerinde 13C14N). Hidrojen izotoplarının analizi için, üç elektron çarpanı kullanılarak çoklu algılama ile yaklaşık 3000 kütle çözünürlüğünde 1H-, 2D- ve 12C- görüntüleri elde edildi. Her analiz, aynı alanın 30 taranmış görüntüsünden oluşur ve bir görüntü karbon ve azot izotop analizi için 256 × 256 piksel ve hidrojen izotop analizi için 128 × 128 pikselden oluşur. Gecikme süresi karbon ve azot izotop analizi için piksel başına 3000 µs ve hidrojen izotop analizi için piksel başına 5000 µs'dir. Enstrümantal kütle fraksiyonlamasını kalibre etmek için hidrojen, karbon ve azot izotop standartları olarak 1-hidroksibenzotriazol hidrat kullandık45.
FIB C0068-25 profilindeki güneş öncesi grafitin silikon izotopik bileşimini belirlemek için yaklaşık 9000 kütle çözünürlüğüne sahip altı elektron çarpanı kullandık. Görüntüler, piksel başına 3000 µs gecikme süresine sahip 256 × 256 pikselden oluşuyor. Hidrojen, karbon ve silikon izotop standartları olarak silikon gofretleri kullanarak bir kütle fraksiyonlama cihazını kalibre ettik.
İzotop görüntüleri NASA'nın NanoSIMS45 görüntüleme yazılımı kullanılarak işlendi. Veriler elektron çarpanı ölü zamanı (44 ns) ve yarı-eşzamanlı varış etkileri için düzeltildi. Her görüntü için farklı tarama hizalaması, edinim sırasında görüntü kaymasını düzeltmek için. Son izotop görüntüsü, her tarama pikseli için her görüntüden ikincil iyonlar eklenerek oluşturulur.
STXM-NEXAFS ve NanoSIMS analizinden sonra, aynı FIB kesitleri, 200 kV'luk bir hızlandırma voltajında ​​Kochi, JAMSTEC'de bir transmisyon elektron mikroskobu (JEOL JEM-ARM200F) kullanılarak incelendi. Mikro yapı, karanlık bir alanda parlak alan TEM ve yüksek açılı tarama TEM kullanılarak gözlendi. Mineral fazlar, nokta elektron kırınımı ve kafes bant görüntüleme ile tanımlandı ve kimyasal analiz, 100 mm2'lik bir silikon sürüklenme dedektörü ve JEOL Analysis Station 4.30 yazılımı ile EDS tarafından gerçekleştirildi. Kantitatif analiz için, her bir element için karakteristik X-ışını yoğunluğu, 30 saniyelik sabit veri toplama süresi, ~100 × 100 nm2'lik bir ışın tarama alanı ve 50 pA'lık bir ışın akımı ile TEM tarama modunda ölçüldü. Katmanlı silikatlardaki (Si + Al)-Mg-Fe oranı, doğal piropagarnet standardından elde edilen, kalınlığa göre düzeltilmiş deneysel katsayı k kullanılarak belirlendi.
Bu çalışmada kullanılan tüm görüntüler ve analizler JAXA Veri Arşivleme ve İletişim Sistemi'nde (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2 mevcuttur. Bu makale orijinal verileri sunmaktadır.
Kitari, K. ve diğerleri. Hayabusa2 NIRS3 cihazı tarafından gözlemlenen asteroit 162173 Ryugu'nun yüzey bileşimi. Bilim 364, 272–275.
Kim, AJ Yamato tipi karbonlu kondrit (CY): Ryugu asteroit yüzeyinin analogları mı? Jeokimya 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. ve diğerleri. Ryugu örneklerinin ilk kompozisyonel analizi bir MicroOmega hiperspektral mikroskobu kullanılarak gerçekleştirildi. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. ve diğerleri. C tipi asteroit Ryugu'dan dönen Hyabusa2 örneğinin ön analizi. National Astron. 6, 214–220 (2021).