Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünün CSS desteği sınırlıdır. En iyi deneyim için, güncel bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu süre zarfında, desteğin devamlılığını sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan görüntüleyeceğiz.
Uçucu ve organik madde bakımından zengin olan C tipi asteroitler, Dünya'daki suyun ana kaynaklarından biri olabilir. Şu anda, karbon içeren kondritler kimyasal bileşimleri hakkında en iyi fikri vermektedir, ancak meteoritler hakkındaki bilgiler bozuktur: yalnızca en dayanıklı türler atmosfere girdikten ve ardından Dünya'nın ortamıyla etkileşime girdikten sonra hayatta kalır. Burada, Hayabusa-2 uzay aracı tarafından Dünya'ya getirilen birincil Ryugu parçacığının ayrıntılı hacimsel ve mikroanalitik çalışmasının sonuçlarını sunuyoruz. Ryugu parçacıkları, kimyasal olarak fraksiyonlanmamış ancak suyla değişime uğramış CI (Iwuna tipi) kondritlerle bileşim açısından yakın bir eşleşme göstermektedir; bu kondritler, güneş sisteminin genel bileşiminin bir göstergesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu örnek, zengin alifatik organik maddeler ve katmanlı silikatlar arasında karmaşık bir uzamsal ilişki göstermekte ve su erozyonu sırasında yaklaşık 30 °C'lik maksimum bir sıcaklığa işaret etmektedir. Eksotolar kökenli bir örnekle tutarlı olarak bol miktarda döteryum ve diazonyum bulduk. Ryugu parçacıkları, bugüne kadar incelenen en saf ve ayrılmaz uzaylı materyal olup, güneş sisteminin genel bileşimine en iyi uyan parçacıklardır.
Haziran 2018'den Kasım 2019'a kadar, Japonya Uzay Araştırma Ajansı'nın (JAXA) Hayabusa-2 uzay aracı, Ryugu asteroitinin kapsamlı bir uzaktan incelemesini gerçekleştirdi. Hayabusa-2'deki Yakın Kızılötesi Spektrometresi'nden (NIRS3) elde edilen veriler, Ryugu'nun termal ve/veya şok metamorfozuna uğramış karbonlu kondritlere benzer bir malzemeden oluşmuş olabileceğini düşündürmektedir. En yakın eşleşme CY kondriti (Yamato tipi) 2'dir. Ryugu'nun düşük albedosu, çok sayıda karbonca zengin bileşenin varlığı, parçacık boyutu, gözeneklilik ve uzamsal aşınma etkileriyle açıklanabilir. Hayabusa-2 uzay aracı, Ryugu'ya iki iniş ve örnek toplama işlemi gerçekleştirdi. 21 Şubat 2019'daki ilk iniş sırasında, geri dönüş kapsülünün A bölmesinde saklanan yüzey malzemesi elde edildi ve 11 Temmuz 2019'daki ikinci iniş sırasında, küçük bir taşınabilir çarpma aracı tarafından oluşturulan yapay bir kraterin yakınından malzeme toplandı. Bu örnekler C Koğuşunda saklanmaktadır. JAXA tarafından yönetilen tesislerdeki özel, kirlenmemiş ve saf azotla dolu odalarda 1. Aşamadaki parçacıkların ilk tahribatsız karakterizasyonu, Ryugu parçacıklarının en çok CI4 kondritlerine benzediğini ve "çeşitli düzeylerde varyasyon" gösterdiğini ortaya koymuştur³. Ryugu'nun CY veya CI kondritlerine benzer şekilde sınıflandırılması, ancak Ryugu parçacıklarının ayrıntılı izotopik, elementel ve mineralojik karakterizasyonu ile çözülebilir. Burada sunulan sonuçlar, Ryugu asteroitinin genel bileşimi için bu iki ön açıklamadan hangisinin daha olası olduğunu belirlemek için sağlam bir temel sağlamaktadır.
Kochi ekibini yönetmek üzere Faz 2'ye sekiz adet Ryugu pelet (toplam yaklaşık 60 mg), dördü A Odası'ndan ve dördü C Odası'ndan olmak üzere atandı. Çalışmanın ana amacı, Ryugu asteroitinin doğasını, kökenini ve evrimsel tarihini aydınlatmak ve kondritler, gezegenler arası toz parçacıkları (IDP'ler) ve geri dönen kuyruklu yıldızlar gibi bilinen diğer dünya dışı örneklerle benzerliklerini ve farklılıklarını belgelemektir. Örnekler NASA'nın Stardust görevi tarafından toplanmıştır.
Beş Ryugu tanesinin (A0029, A0037, C0009, C0014 ve C0068) ayrıntılı mineralojik analizi, bunların esas olarak ince ve iri taneli fillosilikatlardan (~%64–88 hacim; Şekil 1a, b, Ek Şekil 1 ve ek tablo 1) oluştuğunu göstermiştir. İri taneli fillosilikatlar, ince taneli, fillosilikat bakımından zengin matrislerde (birkaç mikrondan daha küçük) pinnat agregatlar (onlarca mikrona kadar) halinde bulunur. Katmanlı silikat parçacıkları serpantin-saponit simbiyontlarıdır (Şekil 1c). (Si + Al)-Mg-Fe haritası ayrıca, toplu katmanlı silikat matrisinin serpantin ve saponit arasında ara bir bileşime sahip olduğunu göstermektedir (Şekil 2a, b). Fillosilikat matrisi, karbonat mineralleri (~%2–21 hacim), sülfür mineralleri (~%2,4–5,5 hacim) ve manyetit (~%3,6–6,8 hacim) içerir. Bu çalışmada incelenen parçacıklardan biri (C0009), az miktarda (~%0,5 hacim) susuz silikat (olivin ve piroksen) içeriyordu; bu da ham Ryugu taşının kaynağını belirlemeye yardımcı olabilir5. Bu susuz silikat, Ryugu peletlerinde nadirdir ve yalnızca C0009 peletinde kesin olarak tanımlanmıştır. Karbonatlar, matriste çoğunlukla dolomit olmak üzere, birkaç yüz mikrondan küçük parçalar halinde bulunur; az miktarda kalsiyum karbonat ve brinell de mevcuttur. Manyetit, izole parçacıklar, framboidler, plaklar veya küresel agregatlar halinde bulunur. Sülfürler esas olarak düzensiz altıgen prizma/plaka veya şerit şeklinde pirotit ile temsil edilir. Matris, büyük miktarda mikron altı pentlandit veya pirotit ile birlikte pentlandit içermektedir. Filosilikat bakımından zengin matriste, karbon bakımından zengin fazlar (<10 µm boyutunda) yaygın olarak bulunur. Filosilikat bakımından zengin matriste, karbon bakımından zengin fazlar (<10 µm boyutunda) yaygın olarak bulunur. Богатые углеродом фазы (размером <10 mкм) встречаются повсеместно в богатой филлосиликатами матрице. Filosilikat bakımından zengin matriste, karbon bakımından zengin fazlar (<10 µm boyutunda) 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. Filosilikat bakımından zengin matriste, karbon bakımından zengin fazlar (<10 µm boyutunda) baskın durumdadır.Diğer yardımcı mineraller Ek Tablo 1'de gösterilmiştir. C0087, A0029 ve A0037 karışımının X-ışını kırınım deseninden belirlenen mineral listesi, CI (Orgueil) kondritinde belirlenenle 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). Buna karşılık, CM kondritleri, özellikle Mn ve Zn olmak üzere orta ve yüksek derecede uçucu elementler bakımından fakirdir ve refrakter elementler bakımından daha yüksektir7. Bazı elementlerin konsantrasyonları büyük ölçüde değişmektedir; bu, bireysel parçacıkların küçük boyutu ve bunun sonucunda ortaya çıkan örnekleme yanlılığı nedeniyle numunenin doğal heterojenliğinin bir yansıması olabilir. Tüm petrolojik, mineralojik ve elementel özellikler, Ryugu tanelerinin CI8,9,10 kondritlerine çok benzediğini göstermektedir. Dikkat çekici bir istisna, Ryugu tanelerinde ferrihidrit ve sülfatın bulunmamasıdır; bu da CI kondritlerindeki bu minerallerin karasal aşınma sonucu oluştuğunu düşündürmektedir.
a, C0068 kuru cilalı kesitinin Mg Kα (kırmızı), Ca Kα (yeşil), Fe Kα (mavi) ve S Kα (sarı) kompozit X-ışını görüntüsü. Kesit, katmanlı silikatlardan (kırmızı: ~%88 hacim), karbonatlardan (dolomit; açık yeşil: ~%1,6 hacim), manyetitten (mavi: ~%5,3 hacim) ve sülfürlerden (sarı: sülfür = ~%2,5 hacim) oluşmaktadır. b, a'daki geri saçılan elektronlardaki kontur bölgesinin görüntüsü. Bru – olgunlaşmamış; Dole – dolomit; FeS – demir sülfür; Mag – manyetit; juice – sabuntaşı; Srp – serpantin. c, tipik bir saponit-serpantin ara büyümesinin yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (TEM) görüntüsü, sırasıyla 0,7 nm ve 1,1 nm'lik serpantin ve saponit kafes bantlarını göstermektedir.
Ryugu A0037 (kırmızı dolu daireler) ve C0068 (mavi dolu daireler) parçacıklarının matris ve katmanlı silikat bileşimi (atom %) (Si+Al)-Mg-Fe üçlü sisteminde gösterilmiştir. a, Karşılaştırma için gri renkte gösterilen CI kondritlerine (Ivuna, Orgueil, Alais)16 karşı çizilen Elektron Prob Mikroanalizi (EPMA) sonuçları. b, Orgueil9 ve Murchison46 meteoritleri ve hidratlanmış IDP47 ile karşılaştırma için gösterilen Taramalı Geçirimli Elektron Mikroskobu (STEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) analizi. İnce taneli ve kaba taneli fillosilikatlar, küçük demir sülfür parçacıklarından kaçınılarak analiz edilmiştir. a ve b'deki noktalı çizgiler, saponit ve serpantinin çözünme çizgilerini göstermektedir. a'daki demir açısından zengin bileşim, katmanlı silikat taneleri içindeki mikron altı demir sülfür tanelerinden kaynaklanıyor olabilir; bu durum, EPMA analizinin uzamsal çözünürlüğüyle dışlanamaz. b'deki saponitten daha yüksek Si içeriğine sahip veri noktaları, fillosilikat tabakasının aralıklarında nano boyutlu amorf silikonca zengin malzemenin varlığından kaynaklanıyor olabilir. Analiz sayısı: A0037 için N=69, EPMA için N=68, C0068 için N=68, STEM-EDS için A0037 için N=19 ve C0068 için N=27. c, trioksi parçacık Ryugu C0014-4'ün izotop haritası, kondrit değerleri ​​CI (Orgueil), CY (Y-82162) ve literatür verileri (CM ve C2-ung)41,48,49 ile karşılaştırılmıştır. Orgueil ve Y-82162 meteoritleri için veriler elde ettik. CCAM, susuz karbonlu kondrit minerallerinin bir hattıdır, TFL ise bir arazi ayırma çizgisidir. Ryugu partikülü C0014-4, CI kondriti (Orgueil) ve CY kondriti (Y-82162) için d, Δ17O ve δ18O haritaları (bu çalışma). Δ17O_Ryugu: C0014-1'in Δ17O değeri. Δ17O_Orgueil: Orgueil için ortalama Δ17O değeri. Δ17O_Y-82162: Y-82162 için ortalama Δ17O değeri. Karşılaştırma için literatürden 41, 48, 49 alınan CI ve CY verileri de gösterilmiştir.
Lazer florlama yöntemiyle granüler C0014'ten ekstrakte edilen 1,83 mg'lık bir numune üzerinde oksijenin kütle izotop analizi gerçekleştirildi (Yöntemler). Karşılaştırma amacıyla, yedi adet Orgueil (CI) (toplam kütle = 8,96 mg) ve yedi adet Y-82162 (CY) (toplam kütle = 5,11 mg) örneği üzerinde de analiz yapıldı (Ek Tablo 3).
Şekil 2d'de, Orgueil ve Ryugu'nun ağırlık ortalama parçacıkları ile Y-82162'ye kıyasla Δ17O ve δ18O'da belirgin bir ayrım görülmektedir. Ryugu C0014-4 parçacığının Δ17O değeri, 2 standart sapmada örtüşmeye rağmen Orgeil parçacığınınkinden daha yüksektir. Ryugu parçacıklarının Δ17O değerleri Orgeil'e göre daha yüksektir; bu da Orgeil'in 1864'teki düşüşünden bu yana karasal kirlenmeye maruz kalmasını yansıtabilir. Karasal ortamdaki ayrışma, atmosferik oksijenin dahil edilmesine neden olarak genel analizi karasal fraksiyonlama çizgisine (TFL) yaklaştırır. Bu sonuç, Ryugu tanelerinin hidrat veya sülfat içermediği, Orgeil'in ise içerdiği mineralojik verilerle (daha önce tartışılan) tutarlıdır.
Yukarıdaki mineralojik verilere dayanarak, bu sonuçlar Ryugu taneleri ile CI kondritleri arasında bir ilişkiyi desteklerken, CY kondritleri ile olan ilişkiyi dışlamaktadır. Ryugu tanelerinin, dehidrasyon mineralojisinin açık işaretlerini gösteren CY kondritleri ile ilişkili olmaması şaşırtıcıdır. Ryugu'nun yörünge gözlemleri, dehidrasyona uğradığını ve bu nedenle muhtemelen CY materyalinden oluştuğunu göstermektedir. Bu görünürdeki farklılığın nedenleri belirsizliğini korumaktadır. Diğer Ryugu parçacıklarının oksijen izotop analizi, eşlik eden bir makalede sunulmuştur¹². Bununla birlikte, bu genişletilmiş veri setinin sonuçları da Ryugu parçacıkları ile CI kondritleri arasındaki ilişkiyle tutarlıdır.
Koordineli mikroanaliz tekniklerini kullanarak (Ek Şekil 3), odaklanmış iyon ışını fraksiyonu (FIB) C0068.25'in tüm yüzey alanı üzerindeki organik karbonun uzamsal dağılımını inceledik (Şekil 3a–f). C0068.25 kesitinde, kenara yakın bölgedeki karbonun ince yapı X-ışını soğurma spektrumları (NEXAFS), çeşitli fonksiyonel grupları göstermektedir – aromatik veya C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), CH (287,5 eV) ve C(=O)O (288,8 eV) – 291,7 eV'de grafen yapısı bulunmamaktadır (Şekil 3a), bu da düşük derecede termal değişim anlamına gelir. C0068.25'in kısmi organik bileşenlerinin güçlü CH tepe noktası (287,5 eV), daha önce incelenen karbonlu kondritlerin çözünmeyen organik bileşenlerinden farklıdır ve Stardust göreviyle elde edilen IDP14 ve kuyruklu yıldız parçacıklarına daha çok benzemektedir. 287,5 eV'de güçlü bir CH tepe noktası ve 285,2 eV'de çok zayıf bir aromatik veya C=C tepe noktası, organik bileşiklerin alifatik bileşikler açısından zengin olduğunu göstermektedir (Şekil 3a ve Ek Şekil 3a). Alifatik organik bileşikler açısından zengin alanlar, iri taneli fillosilikatlarda ve ayrıca zayıf aromatik (veya C=C) karbon yapısına sahip alanlarda lokalize olmuştur (Şekil 3c,d). Buna karşılık, A0037,22 (Ek Şekil 3) kısmen daha düşük oranda alifatik karbonca zengin bölgeler göstermiştir. Bu tanelerin temel mineralojisi, kondrit CI 16'ya benzer şekilde karbonat bakımından zengindir ve bu da kaynak suyun kapsamlı bir şekilde değişime uğradığını düşündürmektedir (Ek Tablo 1). Oksitleyici koşullar, karbonatlarla ilişkili organik bileşiklerdeki karbonil ve karboksil fonksiyonel gruplarının daha yüksek konsantrasyonlarını destekleyecektir. Alifatik karbon yapılarına sahip organiklerin mikron altı dağılımı, iri taneli katmanlı silikatların dağılımından çok farklı olabilir. Tagish Gölü meteoritinde fillosilikat-OH ile ilişkili alifatik organik bileşiklere dair ipuçları bulunmuştur. Koordineli mikroanalitik veriler, alifatik bileşikler bakımından zengin organik maddenin C tipi asteroitlerde yaygın olabileceğini ve fillosilikatlarla yakından ilişkili olduğunu göstermektedir. Bu sonuç, yakın kızılötesi hiperspektral mikroskop olan MicroOmega tarafından gösterilen Ryugu parçacıklarındaki alifatik/aromatik CH'lere ilişkin önceki raporlarla tutarlıdır. Bu çalışmada gözlemlenen iri taneli fillosilikatlarla ilişkili alifatik karbonca zengin organik bileşiklerin benzersiz özelliklerinin yalnızca Ryugu asteroitinde mi bulunduğu sorusu önemli ve henüz çözüme kavuşmamış bir sorudur.
a, Aromatik (C=C) bakımından zengin bölgede (kırmızı), alifatik bakımından zengin bölgede (yeşil) ve matriste (mavi) 292 eV'ye normalize edilmiş NEXAFS karbon spektrumları. Gri çizgi, karşılaştırma için Murchison 13 çözünmeyen organik spektrumudur. au, tahkim birimi. b, Karbon K-kenarının taramalı iletim X-ışını mikroskobu (STXM) spektral görüntüsü, bölümün karbon tarafından domine edildiğini göstermektedir. c, Aromatik (C=C) bakımından zengin bölgeler (kırmızı), alifatik bakımından zengin bölgeler (yeşil) ve matris (mavi) ile RGB kompozit grafiği. d, Alifatik bileşikler bakımından 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 alandaki büyük nanoküreler (ng-1). For: pirotit. Pn: nikel-kromit. f, Nan ölçekli 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 tanelerinde zengin alifatik organik maddenin heterojen dağılımı hakkında önemli bilgiler sağlayabilir. Bu çalışma, organik maddedeki alifatik CH bağlarının ana kayada yaklaşık 30°C'lik maksimum bir sıcaklığa kadar devam ettiğini ve/veya zaman-sıcaklık ilişkileriyle değiştiğini göstermektedir (örneğin 100°C'de 200 yıl ve 0°C'de 100 milyon yıl). Eğer öncü kaya belirli bir sıcaklıkta belirli bir süreden fazla ısıtılmazsa, fillosilikat bakımından zengin alifatik organiklerin orijinal dağılımı korunabilir. Bununla birlikte, kaynak kayadaki su değişimleri bu yorumu karmaşıklaştırabilir, çünkü karbonat bakımından zengin A0037, fillosilikatlarla ilişkili herhangi bir karbon bakımından zengin alifatik bölge göstermemektedir. Bu düşük sıcaklık değişimi, kabaca Ryugu tanelerinde kübik feldspatın varlığına karşılık gelir (Ek Tablo 1) 20.
C0068.25 fraksiyonu (ng-1; Şekil 3a–c,e), yüksek oranda 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 çözünmeyen organik maddelerin ve organik nanokürelerin imzasıyla uyuşmaz (Şekil 3a) 17,21. Tagish Gölü'ndeki nanokürelerin Raman ve kızılötesi spektroskopik analizleri, bunların alifatik ve oksitlenmiş organik bileşiklerden ve karmaşık bir yapıya sahip düzensiz polisiklik aromatik organik bileşiklerden oluştuğunu göstermiştir22,23. Çevredeki matris alifatik bileşikler açısından zengin organik maddeler içerdiğinden, ng-1'deki alifatik karbon imzası analitik bir hata olabilir. İlginç bir şekilde, ng-1, daha önce herhangi bir dünya dışı organik madde için rapor edilmemiş bir doku olan gömülü amorf silikatlar içerir (Şekil 3e). Amorf silikatlar, ng-1'in doğal bileşenleri olabilir veya analiz sırasında iyon ve/veya elektron ışını ile sulu/susuz silikatların amorf hale getirilmesi sonucu oluşabilir.
C0068.25 kesitinin (Şekil 3f) NanoSIMS iyon görüntüleri, 30.811‰'lik büyük bir 13C zenginleşmesine sahip ön güneş taneleri (Şekil 3f'deki δ13C görüntüsünde PG-1) hariç, δ13C ve δ15N'de homojen değişiklikler göstermektedir (Ek Tablo 4). X-ışını temel tane görüntüleri ve yüksek çözünürlüklü TEM görüntüleri yalnızca karbon konsantrasyonunu ve grafite karşılık gelen 0,3 nm'lik bazal düzlemler arasındaki mesafeyi göstermektedir. İri taneli fillosilikatlarla ilişkili alifatik organik madde bakımından zengin olan δD (841 ± 394‰) ve δ15N (169 ± 95‰) değerlerinin, tüm bölge C'nin ortalamasından (δD = 528 ± 139‰, δ15N = 67 ± 15‰) biraz daha yüksek olduğu dikkat çekicidir (Ek Tablo 4). Bu gözlem, iri taneli fillosilikatlardaki alifatikçe zengin organiklerin, çevredeki organiklerden daha ilkel olabileceğini düşündürmektedir; çünkü ikincisi, orijinal gövdede çevredeki su ile izotopik değişime uğramış olabilir. Alternatif olarak, bu izotopik değişiklikler ilk oluşum süreciyle de ilgili olabilir. CI kondritlerindeki ince taneli katmanlı silikatların, orijinal iri taneli susuz silikat kümelerinin sürekli değişimi sonucu oluştuğu yorumlanmaktadır. Alifatikçe zengin organik madde, güneş sisteminin oluşumundan önce protoplaneter diskte veya yıldızlararası ortamda öncü moleküllerden oluşmuş ve daha sonra Ryugu (büyük) ana cisminin su değişimleri sırasında hafifçe değişime uğramış olabilir. Ryugu'nun boyutu (<1,0 km), sulu değişim yoluyla hidratlı mineraller oluşturmak için yeterli iç ısıyı koruyamayacak kadar küçüktür25. Ryugu'nun boyutu (<1,0 km), sulu değişim yoluyla hidratlı mineraller oluşturmak için yeterli iç ısıyı koruyamayacak kadar küçüktür25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменения с образованием водных minералов25. Ryugu'nun boyutu (<1,0 km) suyun mineral oluşumuna yol açacak şekilde su değişimini sağlayacak 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 su minerallerine dönüşmesi için gerekli iç ısıyı destekleyemeyecek kadar küçüktür25.Bu nedenle, Ryugu öncüllerinin on kilometrelerce büyüklükte olması gerekebilir. Alifatik bileşikler bakımından zengin organik madde, iri taneli fillosilikatlarla olan ilişkisi nedeniyle orijinal izotop oranlarını koruyabilir. Bununla birlikte, bu FIB fraksiyonlarındaki çeşitli bileşenlerin karmaşık ve hassas karışımı nedeniyle, izotopik olarak ağır taşıyıcıların tam doğası belirsizliğini koruyor. Bunlar, Ryugu granüllerindeki alifatik bileşikler bakımından zengin organik maddeler veya onları çevreleyen iri fillosilikatlar olabilir. Hemen hemen tüm karbonlu kondritlerdeki (CI kondritler dahil) organik maddenin, CM Paris 24, 26 meteoritleri hariç, fillosilikatlardan daha fazla D içerdiğine dikkat edin.
A0002.23 ve A0002.26, A0037.22 ve A0037.23 ve C0068.23, C0068.25 ve C0068.26 FIB dilimleri için elde edilen hacimsel δD ve δ15N grafikleri (üç Ryugu parçacığından toplam yedi FIB dilimi). NanoSIMS'in güneş sisteminin diğer nesneleriyle karşılaştırması Şekil 4'te (Ek Tablo 4)27,28 gösterilmiştir. A0002, A0037 ve C0068 profillerindeki δD ve δ15N'deki hacimsel değişiklikler, IDP'dekilerle tutarlıdır, ancak CM ve CI kondritlerindekinden daha yüksektir (Şekil 4). Kuyruklu Yıldız 29 örneği için δD değerlerinin aralığının (-240 ila 1655‰) Ryugu'nunkinden daha büyük olduğuna dikkat edin. Ryukyu profillerinin δD ve δ15N hacimleri, kural olarak, Jüpiter ailesi kuyruklu yıldızları ve Oort bulutu için ortalamadan daha küçüktür (Şekil 4). CI kondritlerinin daha düşük δD değerleri, bu örneklerdeki karasal kirlenmenin etkisini yansıtabilir. Bells, Tagish Gölü 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 kuyruklu yıldız kaynaklarından geldiğine inanılmaktadır¹⁴. Bu nedenle, Ryugu kuyruklu yıldız benzeri malzeme ve/veya en azından dış güneş sistemini içerebilir. Ancak, bu, (1) ana gövdedeki küresel ve D açısından zengin suyun karışımı 31 ve (2) kuyruklu yıldızın D/H oranının kuyruklu yıldız aktivitesinin bir fonksiyonu olarak 32 nedeniyle burada belirttiğimizden daha zor olabilir. Bununla birlikte, Ryugu parçacıklarında gözlemlenen hidrojen ve nitrojen izotoplarının heterojenliğinin nedenleri, kısmen günümüzde mevcut olan sınırlı sayıda analiz nedeniyle tam olarak anlaşılamamıştır. Hidrojen ve nitrojen izotop sistemlerinin sonuçları, Ryugu'nun Güneş Sistemi dışından gelen malzemenin çoğunu içerdiği ve bu nedenle kuyruklu yıldızlara bazı benzerlikler gösterebileceği olasılığını hala ortaya koymaktadır. Ryugu profili, δ13C ve δ15N arasında belirgin bir korelasyon göstermedi (Ek Tablo 4).
Ryugu parçacıklarının genel H ve N izotopik bileşimi (kırmızı daireler: A0002, A0037; mavi daireler: C0068), güneş büyüklüğü 27 olan Jüpiter ortalama ailesi (JFC27) ve Oort bulutu kuyruklu yıldızları (OCC27), IDP28 ve karbonlu kondrüllerle ilişkilidir. Meteorit 27'nin (CI, CM, CR, C2-ung) karşılaştırılması. İzotopik bileşim Ek Tablo 4'te verilmiştir. Noktalı çizgiler, H ve N için karasal izotop değerlerini göstermektedir.
Uçucu maddelerin (örneğin organik madde ve su) Dünya'ya taşınması hala bir endişe kaynağıdır26,27,33. Bu çalışmada tanımlanan Ryugu parçacıklarındaki iri fillosilikatlarla ilişkili mikron altı organik madde, uçucu maddelerin önemli bir kaynağı olabilir. İri taneli fillosilikatlardaki organik madde, ince taneli matrislerdeki organik maddeye göre bozulmaya16,34 ve çürümeye35 karşı daha iyi korunmaktadır. Parçacıklardaki hidrojenin daha ağır izotopik bileşimi, bunların erken Dünya'ya taşınan uçucu maddelerin tek kaynağı olma olasılığının düşük olduğu anlamına gelir. Bunlar, yakın zamanda silikatlarda güneş rüzgarı ile taşınan suyun varlığı hipotezinde öne sürüldüğü gibi, daha hafif hidrojen izotopik bileşimine sahip bileşenlerle karışmış olabilirler.
Bu çalışmada, CI meteoritlerinin, güneş sisteminin genel bileşiminin temsilcileri olarak jeokimyasal önemlerine rağmen,6,10 karasal kirlenmiş örnekler olduğunu gösteriyoruz. Ayrıca, zengin alifatik organik madde ile komşu sulu mineraller arasındaki etkileşimlere dair doğrudan kanıtlar sunuyoruz ve Ryugu'nun güneş dışı materyal içerebileceğini öne sürüyoruz37. Bu çalışmanın sonuçları, protoasteroitlerin doğrudan örneklenmesinin önemini ve geri getirilen örneklerin tamamen inert ve steril koşullar altında taşınması gerekliliğini açıkça göstermektedir. Burada sunulan kanıtlar, Ryugu parçacıklarının laboratuvar araştırmaları için mevcut olan en kirlenmemiş güneş sistemi materyallerinden biri olduğunu ve bu değerli örneklerin daha fazla incelenmesinin, erken güneş sistemi süreçlerine dair anlayışımızı şüphesiz genişleteceğini göstermektedir. Ryugu parçacıkları, güneş sisteminin genel bileşiminin en iyi temsilidir.
Mikron altı ölçekli numunelerin karmaşık mikro yapısını ve kimyasal özelliklerini belirlemek için, senkrotron radyasyonuna dayalı bilgisayarlı tomografi (SR-XCT) ve SR X-ışını kırınımı (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM analizini kullandık. Dünya atmosferinden kaynaklanan bozulma, kirlenme ve ince parçacıklardan veya mekanik numunelerden kaynaklanan hasar söz konusu değildir. 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. Analiz prosedürleri Ek Şekil 3'te gösterilmiştir ve her bir analiz aşağıdaki bölümlerde açıklanmıştır.
Ryugu asteroitinden alınan parçacıklar, Hayabusa-2 yeniden giriş modülünden kurtarılarak Dünya atmosferini kirletmeden Japonya'nın Sagamihara kentindeki JAXA Kontrol Merkezine teslim edildi4. JAXA tarafından yönetilen bir tesiste ilk ve tahribatsız karakterizasyondan sonra, çevresel etkileşimi önlemek için sızdırmaz tesisler arası transfer kapları ve numune kapsül torbaları (numune boyutuna bağlı olarak 10 veya 15 mm çapında safir kristal ve paslanmaz çelik) kullanın. Çevre ve/veya toprak kirleticileri (örneğin su buharı, hidrokarbonlar, atmosferik gazlar ve ince parçacıklar) ve numune hazırlama ve enstitüler ile üniversiteler arasında taşıma sırasında numuneler arasında çapraz kontaminasyonu önlemek için bu önlemler alınmalıdır38. Dünya atmosferiyle (su buharı ve oksijen) etkileşimden kaynaklanan bozulma ve kirlenmeyi önlemek için, tüm numune hazırlama işlemleri (tantal keski ile yontma, dengeli elmas tel testere (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) kullanımı ve epoksi kesme dahil) temiz ve kuru N2 (çiğlenme noktası: -80 ila -60 °C, O2 ~50-100 ppm) altında, eldivenli bir kutuda gerçekleştirilmiştir. Burada kullanılan tüm malzemeler, farklı frekanslardaki ultrasonik dalgalar kullanılarak ultra saf su ve etanol karışımıyla temizlenmiştir.
Burada, Antarktika Meteorit Araştırma Merkezi'nin (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 aktarım amacıyla, önceki çalışmalarda açıklanan evrensel ultra ince numune tutucuyu kullandık38.
Ryugu örneklerinin SR-XCT analizi, BL20XU/SPring-8 entegre CT sistemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Entegre CT sistemi, çeşitli ölçüm modlarından oluşmaktadır: 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, örneğin hacminin kırınım desenini elde etmek için radyografiler ve örnekteki yatay düzlem mineral fazlarının 2 boyutlu diyagramını elde etmek için XRD-CT uygulaması. Tüm ölçümlerin, örnek tutucuyu tabandan çıkarmaya gerek kalmadan, doğru CT ve XRD-CT ölçümleri yapılabildiğini belirtmek önemlidir. WL modu X-ışını dedektörü (BM AA40P; Hamamatsu Photonics), 10 µm kalınlığında lutesyum alüminyum garnet tek kristalden (Lu3Al5O12:Ce) oluşan bir sintilatör ve röle lensi içeren ek bir 4608 × 4608 piksel metal-oksit-yarıiletken (CMOS) kamera (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) ile donatılmıştır. WL modunda piksel boyutu yaklaşık 0,848 µm'dir. Bu nedenle, WL modundaki görüş alanı (FOV), ofset BT modunda yaklaşık 6 mm'dir. NH modu X-ışını dedektörü (BM AA50; Hamamatsu Photonics), 20 µm kalınlığında gadolinyum-alüminyum-galyum garnet (Gd3Al2Ga3O12) sintilatör, 2048 × 2048 piksel çözünürlüğe sahip bir CMOS kamera (C11440-22CU; Hamamatsu Photonics) ve ×20 objektif ile donatılmıştır. NH modunda piksel boyutu ~0,25 µm ve görüş alanı ~0,5 mm'dir. XRD modu için kullanılan dedektör (BM AA60; Hamamatsu Photonics), 50 µm kalınlığında P43 (Gd2O2S:Tb) toz eleğinden oluşan bir sintilatör, 2304 × 2304 piksel çözünürlüklü bir CMOS kamera (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) ve bir röle merceği ile donatılmıştır. Dedektörün etkin piksel boyutu 19,05 µm ve görüş alanı 43,9 mm2'dir. Görüş alanını artırmak için, WL modunda ofset BT prosedürü uyguladık. BT rekonstrüksiyonu için iletilen ışık görüntüsü, dönme ekseni etrafında yatay olarak yansıyan 180° ila 360° aralığındaki bir görüntüden ve 0° ila 180° aralığındaki bir görüntüden oluşmaktadır.
XRD modunda, X-ışını demeti bir Fresnel bölge plakası tarafından odaklanır. Bu modda, dedektör numunenin 110 mm arkasına yerleştirilir ve ışın durdurucu dedektörün 3 mm önündedir. 2θ aralığında 1,43° ile 18,00° arasında (ızgara aralığı d = 16,6–1,32 Å) kırınım görüntüleri, X-ışını noktası dedektörün görüş alanının alt kısmına odaklanarak elde edildi. Numune, her dikey tarama adımı için yarım tur olmak üzere düzenli aralıklarla dikey olarak hareket ettirilir. Mineral parçacıkları 180° döndürüldüğünde Bragg koşulunu sağlıyorsa, yatay düzlemde mineral parçacıklarının kırınımını elde etmek mümkündür. Kırınım görüntüleri daha sonra her dikey tarama adımı için tek bir görüntüde birleştirildi. SR-XRD-CT analiz koşulları, SR-XRD analiziyle neredeyse aynıdır. XRD-CT modunda, dedektör numunenin 69 mm arkasına yerleştirilir. 2θ aralığındaki kırınım görüntüleri 1,2° ile 17,68° (d = 19,73 ile 1,35 Å) arasında değişir; burada hem X-ışını demeti hem de demet sınırlayıcı, dedektörün görüş alanının merkeziyle aynı hizadadır. Numuneyi yatay olarak tarayın ve 180° döndürün. SR-XRD-CT görüntüleri, piksel değerleri olarak tepe mineral yoğunlukları kullanılarak yeniden oluşturuldu. Yatay taramada, numune tipik olarak 500-1000 adımda taranır.
Tüm deneylerde, X-ışını enerjisi 30 keV'de sabitlendi, çünkü bu, yaklaşık 6 mm çapındaki meteoritlere X-ışını nüfuzunun alt sınırıdır. 180° dönüş sırasında tüm BT ölçümleri için elde edilen görüntü sayısı 1800 (ofset BT programı için 3600) idi ve görüntülerin pozlama süresi WL modu için 100 ms, NH modu için 300 ms, XRD için 500 ms ve XRD-BT için 50 ms idi. Tipik numune tarama süresi WL modunda yaklaşık 10 dakika, NH modunda 15 dakika, XRD için 3 saat ve SR-XRD-BT için 8 saattir.
CT görüntüleri, evrişimsel geri projeksiyon yöntemiyle yeniden oluşturuldu ve 0 ile 80 cm-1 arasında doğrusal zayıflama katsayısı için normalize edildi. 3D verilerin analizi için Slice yazılımı, XRD verilerinin analizi için ise muXRD yazılımı kullanıldı.
Epoksi ile sabitlenmiş Ryugu parçacıkları (A0029, A0037, C0009, C0014 ve C0068), kuru koşullar altında, malzemenin yüzeyle temas etmesinden kaçınılarak, yüzeyde kademeli olarak 0,5 µm (3M) elmas zımpara filmi seviyesine kadar parlatıldı. Her numunenin parlatılmış yüzeyi önce ışık mikroskobu ile incelendi ve ardından numunelerin mineraloji ve doku görüntülerini (BSE) ve kalitatif NIPR elementlerini elde etmek için bir JEOL JSM-7100F SEM (enerji dağılımlı spektrometre (AZtec) ile donatılmış) kullanılarak geri saçılan elektronlar incelendi. Her numune için, ana ve ikincil elementlerin içeriği bir elektron prob mikroanalizörü (EPMA, JEOL JXA-8200) kullanılarak analiz edildi. Fillosilikat ve karbonat parçacıkları 5 nA'da, doğal ve sentetik standartlar 15 keV'de, sülfürler, manyetit, olivin ve piroksen ise 30 nA'da analiz edildi. Modal dereceler, her mineral için keyfi olarak belirlenen uygun eşik değerleri kullanılarak ImageJ 1.53 yazılımı ile 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 için azot dolu kaplarda Açık Üniversite'ye teslim edildi.
Numune yükleme işlemi, oksijen seviyesi %0,1'in altında kontrol edilen bir azot eldiven kutusunda gerçekleştirildi. Hayabusa2 analitik çalışmaları için, sadece iki numune deliğinden (çap 2,5 mm, derinlik 5 mm) oluşan yeni bir Ni numune tutucu üretildi; bunlardan biri Hayabusa2 parçacıkları, diğeri ise obsidyen iç standardı içindi. Analiz sırasında, Hayabusa2 materyalini içeren numune haznesi, lazer reaksiyonu sırasında numuneyi tutmak için yaklaşık 1 mm kalınlığında ve 3 mm çapında bir iç BaF2 penceresiyle kapatıldı. Numuneye BrF5 akışı, Ni numune tutucuda açılan bir gaz karıştırma kanalı ile sağlandı. Numune haznesi ayrıca, vakum florlama hattından çıkarılıp daha sonra azot dolu bir eldiven kutusunda açılabilecek şekilde yeniden yapılandırıldı. İki parçalı hazne, bakır contalı bir sıkıştırma contası ve bir EVAC Hızlı Serbest Bırakma CeFIX 38 zincir kelepçesi ile kapatıldı. Haznenin üst kısmındaki 3 mm kalınlığındaki BaF2 penceresi, numunenin ve lazer ısıtmasının eş zamanlı olarak gözlemlenmesine olanak tanır. Numune yüklendikten sonra, hazneyi tekrar sıkıştırın ve florlu hatta yeniden bağlayın. Analizden önce, numune haznesi, emilmiş nemi gidermek için gece boyunca vakum altında yaklaşık 95°C'ye kadar ısıtıldı. Gece boyunca ısıtıldıktan sonra, haznenin oda sıcaklığına soğumasına izin verildi ve ardından numune transferi sırasında atmosfere maruz kalan kısım, nemi gidermek için üç ayrı BrF5 çözeltisi ile temizlendi. Bu işlemler, 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 “tekli” modda42 analiz edilirken, Y-82162 (CY) analizi, çoklu örnek kuyucuklu tek bir tepside41 gerçekleştirildi. Susuz bileşimleri nedeniyle, CY kondritleri için tek bir yöntem kullanmak gerekli değildir. Örnekler, BrF5 varlığında XYZ gantry'ye 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, açığa çıkan O2, fazla floru uzaklaştırmak için iki kriyojenik azot 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 salınan gaz halindeki O2 miktarı, MAT 253 kütle spektrometresindeki körük cihazının kullanım sınırının yaklaşık değeri olan 140 µg'den azdı. Bu durumlarda, analiz için mikro hacimler kullanıldı. Hayabusa2 parçacıkları analiz edildikten sonra, obsidyen iç standardı florlandı ve oksijen izotop bileşimi belirlendi.
NF+ NF3+ parçacığının iyonları, 33 kütleli (16O17O) ışınla etkileşime girer. 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, gazın sıvı azot sıcaklığında bir moleküler eleğe verilmesini ve ardından -130°C sıcaklıkta birincil bir moleküler eleğe boşaltılmasını içerir. Kapsamlı testler, NF+'nın ilk moleküler elekte kaldığını ve bu yöntem kullanılarak önemli bir fraksiyonlaşmanın meydana gelmediğini göstermiştir.
Dahili obsidyen standartlarımızın tekrarlanan analizlerine dayanarak, körük modunda sistemin genel doğruluğu şu şekildedir: δ17O için ±0,053‰, δ18O için ±0,095‰, Δ17O için ±0,018‰ (2 sd). Oksijen izotop analizi standart delta gösteriminde verilmiştir; burada delta18O şu şekilde hesaplanır:
δ17O için 17O/16O oranını da kullanın. VSMOW, Viyana Ortalama Deniz Suyu Standardı için uluslararası standarttır. Δ17O, yeryüzü fraksiyonlama çizgisinden sapmayı temsil eder ve hesaplama formülü şöyledir: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Ek Tablo 3'te sunulan tüm veriler, boşluk düzeltmesi yapılarak elde edilmiştir.
Kochi Çekirdek Örnekleme Enstitüsü'ndeki JAMSTEC'te, Hitachi High Tech SMI4050 FIB cihazı kullanılarak Ryugu parçacıklarından yaklaşık 150 ila 200 nm kalınlığında kesitler çıkarıldı. Tüm FIB kesitlerinin, nesneler arası transfer için N2 gazı dolu kaplardan çıkarıldıktan sonra işlenmemiş parçacıkların işlenmemiş parçalarından elde edildiğini belirtmek gerekir. Bu parçalar SR-CT ile ölçülmedi, ancak karbon K-kenarı spektrumunu etkileyebilecek potansiyel hasar ve kirlenmeyi önlemek için Dünya atmosferine minimum maruz kalma ile işlendi. Bir tungsten koruyucu tabaka biriktirildikten sonra, ilgi alanı (25 × 25 μm2'ye kadar) kesildi ve yüzey hasarını en aza indirmek için 30 kV hızlandırma voltajında, daha sonra 5 kV'de ve 40 pA prob akımında Ga+ iyon ışını ile inceltildi. Ultra ince kesitler daha sonra FIB ile donatılmış bir mikromanipülatör kullanılarak büyütülmüş bir bakır ağ (Kochi ağı) 39 üzerine yerleştirildi.
Ryugu A0098 (1,6303 mg) ve C0068 (0,6483 mg) peletleri, SPring-8 üzerinde, yer atmosferiyle herhangi bir etkileşim olmaksızın, saf azotla dolu bir eldiven kutusunda, saf yüksek saflıkta polietilen levhalar içinde iki kez kapatıldı. JB-1 (Japonya Jeolojik Araştırma Kurumu tarafından yayınlanan jeolojik bir referans kaya) için numune hazırlığı Tokyo Büyükşehir Üniversitesi'nde gerçekleştirildi.
INAA, Kyoto Üniversitesi Entegre Radyasyon ve Nükleer Bilimler Enstitüsü'nde gerçekleştirilmiştir. Numuneler, element miktarının belirlenmesinde kullanılan nükleidin yarı ömrüne göre seçilen farklı ışınlama döngüleriyle iki kez ışınlanmıştır. İlk olarak, numune pnömatik bir ışınlama tüpünde 30 saniye boyunca ışınlanmıştır. Şekil 3'teki termal ve hızlı nötron akıları, Mg, Al, Ca, Ti, V ve Mn içeriklerinin belirlenmesi için sırasıyla 4,6 × 10¹² ve 9,6 × 10¹¹ cm⁻² s⁻¹'dir. (n, n) gibi girişim yapan nükleer reaksiyonları düzeltmek için MgO (%99,99 saflıkta, Soekawa Chemical), Al (%99,9 saflıkta, Soekawa Chemical) ve Si metal (%99,999 saflıkta, FUJIFILM Wako Pure Chemical) gibi kimyasallar da ışınlanmıştır. Nötron akısındaki değişiklikleri düzeltmek için numune ayrıca sodyum klorür (99.99% saflıkta; MANAC) ile ışınlandı.
Nötron ışınlamasından sonra, dış polietilen tabaka 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 tekrar ışınlandı. 2 numaralı cihaz, Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Se, Sb, Os, Ir ve Au içeriğinin belirlenmesi için sırasıyla 5,6 x 10¹² ve 1,2 x 10¹² cm⁻² s⁻¹ termal ve hızlı nötron akılarına sahiptir. Ga, As, Se, Sb, Os, Ir ve Au kontrol numuneleri, bu elementlerin bilinen konsantrasyonlarına sahip standart çözeltilerin uygun miktarlarının (10 ila 50 μg) iki filtre kağıdına uygulanması ve ardından numunelerin ışınlanmasıyla ışınlandı. Gama ışını sayımı, Kyoto Üniversitesi Entegre Radyasyon ve Nükleer Bilimler Enstitüsü ve Tokyo Büyükşehir Üniversitesi RI Araştırma Merkezi'nde gerçekleştirilmiştir. INAA elementlerinin kantitatif tayini için analitik prosedürler ve referans materyaller, önceki çalışmamızda açıklananlarla aynıdır.
NIPR'de Ryugu örnekleri A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) ve C0087 (<1 mg)'nin kırınım desenlerini toplamak için bir X-ışını kırınım cihazı (Rigaku SmartLab) kullanıldı. NIPR'de Ryugu örnekleri A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) ve C0087 (<1 mg)'nin kırınım desenlerini toplamak için bir X-ışını kırınım cihazı (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 kırınım cihazı (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) örneklerinin X-ışını kırınım desenleri, NIPR'de bir X-ışını difraktometresi (Rigaku SmartLab) kullanılarak elde edilmiştir.Tüm numuneler, safir cam plaka kullanılarak silikon yansıtıcı olmayan bir plaka üzerinde ince bir toz haline getirildi ve daha sonra herhangi bir sıvı (su veya alkol) kullanılmadan silikon yansıtıcı olmayan plaka üzerine eşit şekilde yayıldı. Ölçüm koşulları şu şekildedir: Cu Kα X-ışını radyasyonu 40 kV tüp voltajı ve 40 mA tüp akımında üretilir, sınırlayıcı yarık uzunluğu 10 mm, sapma açısı (1/6)°, düzlem içi dönüş hızı 20 rpm ve 2θ (çift Bragg açısı) aralığı 3-100° olup analiz yaklaşık 28 saat sürer. Bragg Brentano optikleri kullanıldı. Dedektör, tek boyutlu bir silikon yarı iletken dedektördür (D/teX Ultra 250). Cu Kβ X-ışınları bir Ni filtresi kullanılarak uzaklaştırıldı. Mevcut örnekler kullanılarak, sentetik magnezyum saponit (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpantin (yaprak serpantin, Miyazu, Nikka) ve pirotit (monoklinik 4C, Chihua, Mexico Watts) ölçümleri, tepe noktalarını belirlemek ve Uluslararası Kırınım Veri Merkezi'nden elde edilen toz dosya veri kırınım verileri, dolomit (PDF 01-071-1662) ve manyetit (PDF 00-019-0629) ile karşılaştırıldı. Ryugu'dan elde edilen kırınım verileri ayrıca, hidroalterlenmiş karbonlu kondritler, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 ve Y 980115 CY (ısıtma aşaması III, 500–750°C) üzerindeki verilerle de karşılaştırıldı. Karşılaştırma, Orgueil ile benzerlikler gösterdi, ancak Y-791198 ve Y 980115 ile göstermedi.
FIB ile üretilen numunelerin ultra ince kesitlerinin karbon kenar K'lı NEXAFS spektrumları, Moleküler Bilimler Enstitüsü'ndeki (Okazaki, Japonya) UVSOR senkrotron tesisindeki STXM BL4U kanalı kullanılarak ölçülmüştür. Fresnel bölge plakası ile optik olarak odaklanan bir ışın demetinin nokta boyutu yaklaşık 50 nm'dir. Enerji adımı, yakın kenar bölgesinin ince yapısı için 0,1 eV (283,6–292,0 eV) ve ön ve arka bölgeler için 0,5 eV'dir (280,0–283,5 eV ve 292,5–300,0 eV). Her görüntü pikseli için süre 2 ms olarak ayarlanmıştır. Vakumdan sonra, STXM analitik odası yaklaşık 20 mbar basınçta helyum ile doldurulmuştur. Bu, odadaki ve numune tutucudaki X-ışını optik ekipmanının termal kaymasını en aza indirmeye ve numune hasarını ve/veya oksidasyonunu azaltmaya yardımcı olur. NEXAFS K-kenarı karbon spektrumları, aXis2000 yazılımı ve özel STXM veri işleme yazılımı kullanılarak yığılmış verilerden oluşturulmuştur. Numune transfer kutusu ve eldiven kutusunun, numune oksidasyonunu ve kirlenmesini önlemek için kullanıldığına dikkat edin.
STXM-NEXAFS analizini takiben, Ryugu FIB dilimlerinin hidrojen, karbon ve nitrojen izotopik bileşimi, JAMSTEC NanoSIMS 50L ile izotop görüntüleme kullanılarak analiz edildi. Karbon ve nitrojen izotop analizi için yaklaşık 2 pA 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 alana tarandı. Nispeten güçlü bir birincil ışın akımında 3 dakikalık ön püskürtmeden sonra, ikincil ışın yoğunluğunun stabilizasyonundan sonra her analiz başlatıldı. Karbon ve nitrojen izotoplarının analizi için, ilgili tüm izotopik bileşikleri ayırmak için yeterli olan yaklaşık 9000 kütle çözünürlüğüne sahip yedi elektron çoğaltıcı çoklu algılama kullanılarak 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– ve 12C15N– görüntüleri eş zamanlı olarak elde edildi. Girişim (örneğin 13C üzerinde 12C1H ve 12C15N üzerinde 13C14N). Hidrojen izotoplarının analizi için, üç elektron çoğaltıcı kullanılarak çoklu algılama ile yaklaşık 3000 kütle çözünürlüğünde 1H-, 2D- ve 12C- görüntüleri elde edildi. Her analiz, aynı alanın 30 taranmış görüntüsünden oluşur; karbon ve nitrojen izotop analizi için 256 × 256 piksel ve hidrojen izotop analizi için 128 × 128 pikselden oluşan bir görüntü kullanılır. Gecikme süresi, karbon ve nitrojen izotop analizi için piksel başına 3000 µs ve hidrojen izotop analizi için piksel başına 5000 µs'dir. Enstrümantal kütle fraksiyonasyonunu kalibre etmek için hidrojen, karbon ve nitrojen izotop standartları olarak 1-hidroksibenzotriazol hidrat kullandık45.
FIB C0068-25 profilindeki ön güneş grafitinin silikon izotopik bileşimini belirlemek için, yaklaşık 9000 kütle çözünürlüğüne sahip altı elektron çoğaltıcı kullandık. Görüntüler, piksel başına 3000 µs gecikme süresiyle 256 × 256 pikselden oluşmaktadır. Hidrojen, karbon ve silikon izotop standartları olarak silikon levhalar kullanarak bir kütle fraksiyonlama cihazını kalibre ettik.
İzotop görüntüleri NASA'nın NanoSIMS45 görüntüleme yazılımı kullanılarak işlendi. Veriler, elektron çoğaltıcı ölü zamanı (44 ns) ve yarı eş zamanlı varış etkileri için düzeltildi. Görüntü alımı sırasında görüntü kaymasını düzeltmek için her görüntü için farklı tarama hizalaması kullanıldı. Son izotop görüntüsü, her tarama pikseli için her görüntüden ikincil iyonların toplanmasıyla oluşturuldu.
STXM-NEXAFS ve NanoSIMS analizinden sonra, aynı FIB kesitleri, Kochi, JAMSTEC'te 200 kV hızlandırma voltajında ​​bir transmisyon elektron mikroskobu (JEOL JEM-ARM200F) kullanılarak incelendi. Mikro yapı, parlak alan TEM ve karanlık alanda yüksek açılı taramalı TEM kullanılarak gözlemlendi. Mineral fazlar, nokta elektron kırınımı ve kafes bant görüntüleme ile tanımlandı ve kimyasal analiz, 100 mm2 silikon kayma dedektörü ve JEOL Analysis Station 4.30 yazılımı ile EDS kullanılarak gerçekleştirildi. Kantitatif analiz için, her elementin karakteristik X-ışını yoğunluğu, TEM tarama modunda, 30 s'lik sabit veri toplama süresi, ~100 × 100 nm2'lik ışın tarama alanı ve 50 pA'lık ışın akımı ile ölçüldü. Katmanlı silikatlardaki (Si + Al)-Mg-Fe oranı, doğal piropagarnet standardından elde edilen ve kalınlığa göre düzeltilmiş deneysel k katsayısı 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 adresinde mevcuttur. Bu makale orijinal verileri sunmaktadır.
Kitari, K. ve diğerleri. Hayabusa2 NIRS3 cihazı tarafından gözlemlenen 162173 Ryugu asteroitinin yüzey bileşimi. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Yamato tipi karbonlu kondritler (CY): Ryugu asteroit yüzeyinin analogları mı? Jeokimya 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. ve diğerleri. Ryugu örneklerinin ilk bileşimsel analizi, MicroOmega hiperspektral mikroskop kullanılarak gerçekleştirildi. Ulusal Astronomi. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. ve diğerleri. C tipi asteroit Ryugu'dan geri getirilen Hyabusa2 örneğinin ön analizi. Ulusal Astronomi. 6, 214–220 (2021).