Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau nonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan yang berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Mudah menguap dan kaya akan bahan organik, asteroid tipe C mungkin merupakan salah satu sumber utama air di Bumi. Saat ini, kondrit yang mengandung karbon memberikan gambaran terbaik tentang komposisi kimianya, tetapi informasi tentang meteorit terdistorsi: hanya jenis yang paling tahan lama yang bertahan memasuki atmosfer dan kemudian berinteraksi dengan lingkungan bumi. Di sini kami menyajikan hasil studi volumetrik dan mikroanalitik terperinci dari partikel Ryugu primer yang dikirim ke Bumi oleh pesawat ruang angkasa Hayabusa-2. Partikel Ryugu menunjukkan kecocokan yang dekat dalam komposisi dengan kondrit CI (tipe Iwuna) yang tidak terfraksi secara kimia tetapi diubah oleh air, yang secara luas digunakan sebagai indikator komposisi keseluruhan tata surya. Spesimen ini menunjukkan hubungan spasial yang kompleks antara organik alifatik yang kaya dan silikat berlapis dan menunjukkan suhu maksimum sekitar 30 °C selama erosi air. Kami menemukan kelimpahan deuterium dan diazonium yang konsisten dengan asal usul ekstrasurya. Partikel Ryugu adalah materi asing yang paling tidak terkontaminasi dan tidak dapat dipisahkan yang pernah dipelajari dan paling sesuai dengan komposisi keseluruhan tata surya.
Dari Juni 2018 hingga November 2019, wahana antariksa Hayabusa2 milik Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang (JAXA) melakukan survei jarak jauh yang ekstensif terhadap asteroid Ryugu. Data dari Spektrometer Inframerah Dekat (NIRS3) di Hayabusa-2 menunjukkan bahwa Ryugu mungkin tersusun dari material yang mirip dengan kondrit karbon metamorfik termal dan/atau kejut. Kecocokan terdekat adalah kondrit CY (tipe Yamato) 2. Albedo rendah Ryugu dapat dijelaskan oleh keberadaan sejumlah besar komponen kaya karbon, serta ukuran partikel, porositas, dan efek pelapukan spasial. Wahana antariksa Hayabusa-2 melakukan dua pendaratan dan pengambilan sampel di Ryuga. Selama pendaratan pertama pada 21 Februari 2019, material permukaan diperoleh, yang disimpan di kompartemen A kapsul pengembalian, dan selama pendaratan kedua pada 11 Juli 2019, material dikumpulkan di dekat kawah buatan yang dibentuk oleh penumbuk portabel kecil. Sampel-sampel ini disimpan di Bangsal C. Karakterisasi awal non-destruktif partikel-partikel di Tahap 1 di ruang-ruang khusus, tidak terkontaminasi, dan berisi nitrogen murni di fasilitas-fasilitas yang dikelola JAXA mengindikasikan bahwa partikel-partikel Ryugu paling mirip dengan kondrit CI4 dan menunjukkan "berbagai tingkat variasi"3. Klasifikasi Ryugu yang tampaknya kontradiktif, mirip dengan kondrit CY atau CI, hanya dapat dipecahkan dengan karakterisasi isotop, unsur, dan mineralogi partikel Ryugu yang terperinci. Hasil-hasil yang disajikan di sini menyediakan dasar yang kuat untuk menentukan mana dari kedua penjelasan awal ini untuk keseluruhan komposisi asteroid Ryugu yang paling mungkin.
Delapan pelet Ryugu (total sekitar 60mg), empat dari Ruang A dan empat dari Ruang C, ditugaskan ke Fase 2 untuk mengelola tim Kochi. Tujuan utama penelitian ini adalah untuk menjelaskan sifat, asal, dan sejarah evolusi asteroid Ryugu, serta untuk mendokumentasikan persamaan dan perbedaan dengan spesimen luar angkasa lain yang diketahui seperti kondrit, partikel debu antarplanet (IDP), dan komet yang kembali. Sampel yang dikumpulkan oleh misi Stardust NASA.
Analisis mineralogi terperinci dari lima butir Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014, dan C0068) menunjukkan bahwa butir-butir tersebut sebagian besar tersusun dari filosilikat berbutir halus dan kasar (~64–88 vol.%; Gambar 1a, b, Gambar Tambahan 1). dan tabel tambahan 1). Filosilikat berbutir kasar terdapat sebagai agregat menyirip (berukuran hingga puluhan mikron) dalam matriks berbutir halus dan kaya filosilikat (berukuran kurang dari beberapa mikron). Partikel silikat berlapis merupakan simbion serpentin–saponit (Gambar 1c). Pemetaan (Si + Al)-Mg-Fe juga menunjukkan bahwa matriks silikat berlapis massal memiliki komposisi antara antara serpentin dan saponit (Gambar 2a, b). Matriks filosilikat mengandung mineral karbonat (~2–21 vol.%), mineral sulfida (~2,4–5,5 vol.%), dan magnetit (~3,6–6,8 vol.%). Salah satu partikel yang diteliti dalam penelitian ini (C0009) mengandung sejumlah kecil (~0,5 vol.%) silikat anhidrat (olivin dan piroksen), yang dapat membantu mengidentifikasi bahan sumber yang menyusun batu Ryugu mentah5. Silikat anhidrat ini jarang ditemukan dalam pelet Ryugu dan hanya teridentifikasi secara positif dalam pelet C0009. Karbonat hadir dalam matriks sebagai fragmen (kurang dari beberapa ratus mikron), sebagian besar dolomit, dengan sejumlah kecil kalsium karbonat dan brinell. Magnetit terdapat sebagai partikel terisolasi, framboid, plak, atau agregat bulat. Sulfida terutama diwakili oleh pirotit dalam bentuk prisma/pelat heksagonal tidak beraturan atau bilah. Matriks mengandung sejumlah besar pentlandit submikron atau dalam kombinasi dengan pirotit. Fasa kaya karbon (berukuran <10 µm) terdapat di mana-mana dalam matriks kaya filosilikat. Fasa kaya karbon (berukuran <10 µm) terdapat di mana-mana dalam matriks kaya filosilikat. Suhu yang terlalu tinggi (размером <10 mm) dapat menyebabkan masalah pada mesin. Fasa kaya karbon (berukuran <10 µm) terdapat di mana-mana dalam matriks kaya filosilikat.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。 Perangkat yang diperlukan (размером <10 mm) dimasukkan ke dalam mesin. Fase kaya karbon (berukuran <10 µm) mendominasi matriks kaya filosilikat.Mineral tambahan lainnya ditunjukkan pada Tabel Tambahan 1. Daftar mineral yang ditentukan dari pola difraksi sinar-X dari campuran C0087 dan A0029 dan A0037 sangat konsisten dengan yang ditentukan dalam kondrit CI (Orgueil), tetapi sangat berbeda dari kondrit CY dan CM (tipe Mighei) (Gambar 1 dengan data yang diperluas dan Gambar Tambahan 2). Total kandungan unsur butiran Ryugu (A0098, C0068) juga konsisten dengan kondrit 6 CI (data yang diperluas, Gambar 2 dan Tabel Tambahan 2). Sebaliknya, kondrit CM terkuras dalam unsur-unsur yang sangat mudah menguap dan sedang, terutama Mn dan Zn, dan lebih tinggi dalam unsur-unsur tahan api7. Konsentrasi beberapa unsur sangat bervariasi, yang mungkin merupakan cerminan dari heterogenitas inheren sampel karena ukuran partikel individu yang kecil dan bias pengambilan sampel yang dihasilkan. Semua karakteristik petrologi, mineralogi, dan unsur menunjukkan bahwa butiran Ryugu sangat mirip dengan kondrit CI8,9,10. Pengecualian penting adalah tidak adanya ferrihidrit dan sulfat dalam butiran Ryugu, yang menunjukkan bahwa mineral-mineral ini dalam kondrit CI terbentuk oleh pelapukan terestrial.
a, Gambar sinar-X komposit dari Mg Kα (merah), Ca Kα (hijau), Fe Kα (biru), dan S Kα (kuning) bagian poles kering C0068. Fraksi tersebut terdiri dari silikat berlapis (merah: ~88 vol%), karbonat (dolomit; hijau muda: ~1,6 vol%), magnetit (biru: ~5,3 vol%) dan sulfida (kuning: sulfida = ~2,5% vol. esai. b, gambar daerah kontur dalam elektron hamburan balik pada a. Bru – belum matang; Dole – dolomit; FeS adalah besi sulfida; Mag – magnetit; juice – batu sabun; Srp – serpentin. c, gambar mikroskop elektron transmisi (TEM) resolusi tinggi dari intergrowth saponit-serpentin khas yang menunjukkan pita kisi serpentin dan saponit masing-masing berukuran 0,7 nm dan 1,1 nm.
Komposisi matriks dan silikat berlapis (pada %) partikel Ryugu A0037 (lingkaran merah solid) dan C0068 (lingkaran biru solid) ditunjukkan dalam sistem terner (Si+Al)-Mg-Fe. a, Hasil Analisis Mikroanalisis Probe Elektron (EPMA) diplot terhadap kondrit CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16 ditunjukkan dalam warna abu-abu untuk perbandingan. b, Analisis Scanning TEM (STEM) dan spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS) ditunjukkan untuk perbandingan dengan meteorit Orgueil9 dan Murchison46 dan IDP47 terhidrasi. Filosilikat berbutir halus dan berbutir kasar dianalisis, menghindari partikel kecil besi sulfida. Garis putus-putus dalam a dan b menunjukkan garis pelarutan saponit dan serpentin. Komposisi kaya besi dalam a mungkin disebabkan oleh butiran besi sulfida submikron dalam butiran silikat berlapis, yang tidak dapat dikecualikan oleh resolusi spasial analisis EPMA. Titik data dengan kandungan Si yang lebih tinggi daripada saponit dalam b mungkin disebabkan oleh keberadaan material kaya silikon amorf berukuran nano di celah lapisan filosilikat. Jumlah analisis: N=69 untuk A0037, N=68 untuk EPMA, N=68 untuk C0068, N=19 untuk A0037 dan N=27 untuk C0068 untuk STEM-EDS. c, peta isotop partikel trioksi Ryugu C0014-4 dibandingkan dengan nilai kondrit CI (Orgueil), CY (Y-82162) dan data literatur (CM dan C2-ung)41,48,49. Kami telah memperoleh data untuk meteorit Orgueil dan Y-82162. CCAM adalah garis mineral kondrit karbon anhidrat, TFL adalah garis pemisah daratan. d, peta Δ17O dan δ18O dari partikel Ryugu C0014-4, kondrit CI (Orgueil), dan kondrit CY (Y-82162) (studi ini). Δ17O_Ryugu: Nilai Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Nilai rata-rata Δ17O untuk Orgueil. Δ17O_Y-82162: Nilai rata-rata Δ17O untuk Y-82162. Data CI dan CY dari literatur 41, 48, 49 juga ditampilkan sebagai perbandingan.
Analisis isotop massa oksigen dilakukan pada sampel material seberat 1,83 mg yang diekstraksi dari granular C0014 dengan fluorinasi laser (Metode). Sebagai perbandingan, kami menjalankan tujuh salinan Orgueil (CI) (massa total = 8,96 mg) dan tujuh salinan Y-82162 (CY) (massa total = 5,11 mg) (Tabel Tambahan 3).
Pada gambar 2d terlihat pemisahan yang jelas antara Δ17O dan δ18O antara partikel rerata berat Orgueil dan Ryugu dibandingkan dengan Y-82162. Δ17O partikel Ryugu C0014-4 lebih tinggi daripada partikel Orgeil, meskipun tumpang tindih pada 2 sd. Partikel Ryugu memiliki nilai Δ17O yang lebih tinggi dibandingkan dengan Orgeil, yang mungkin mencerminkan polusi terestrial yang terakhir sejak kejatuhannya pada tahun 1864. Pelapukan di lingkungan terestrial11 tentu saja menghasilkan penggabungan oksigen atmosfer, yang membawa analisis keseluruhan lebih dekat ke garis fraksinasi terestrial (TFL). Kesimpulan ini konsisten dengan data mineralogi (yang dibahas sebelumnya) bahwa butiran Ryugu tidak mengandung hidrat atau sulfat, sedangkan Orgeil mengandung.
Berdasarkan data mineralogi di atas, hasil ini mendukung adanya hubungan antara butiran Ryugu dan kondrit CI, tetapi mengesampingkan hubungan kondrit CY. Fakta bahwa butiran Ryugu tidak berhubungan dengan kondrit CY, yang menunjukkan tanda-tanda mineralogi dehidrasi yang jelas, membingungkan. Pengamatan orbital Ryugu tampaknya menunjukkan bahwa ia telah mengalami dehidrasi dan karena itu kemungkinan besar tersusun dari material CY. Alasan untuk perbedaan yang tampak ini masih belum jelas. Analisis isotop oksigen dari partikel Ryugu lainnya disajikan dalam makalah pendamping 12. Namun, hasil dari kumpulan data yang diperluas ini juga konsisten dengan hubungan antara partikel Ryugu dan kondrit CI.
Dengan menggunakan teknik mikroanalisis terkoordinasi (Gambar Tambahan 3), kami memeriksa distribusi spasial karbon organik di seluruh area permukaan fraksi berkas ion terfokus (FIB) C0068.25 (Gambar 3a–f). Spektrum serapan sinar-X struktur halus karbon (NEXAFS) di tepi dekat pada bagian C0068.25 yang menunjukkan beberapa gugus fungsi – aromatik atau C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), CH (287,5 eV) dan C(=O)O (288,8 eV) – struktur grafena tidak ada pada 291,7 eV (Gambar 3a), yang berarti tingkat variasi termal yang rendah. Puncak CH yang kuat (287,5 eV) dari sebagian organik C0068.25 berbeda dari organik tak larut dari kondrit karbon yang dipelajari sebelumnya dan lebih mirip dengan IDP14 dan partikel komet yang diperoleh oleh misi Stardust. Puncak CH yang kuat pada 287,5 eV dan puncak aromatik atau C=C yang sangat lemah pada 285,2 eV menunjukkan bahwa senyawa organik kaya akan senyawa alifatik (Gbr. 3a dan Gambar Tambahan 3a). Area yang kaya akan senyawa organik alifatik terlokalisasi dalam filosilikat berbutir kasar, serta di area dengan struktur karbon aromatik (atau C=C) yang buruk (Gbr. 3c,d). Sebaliknya, A0037,22 (Gambar Tambahan 3) sebagian menunjukkan kandungan yang lebih rendah dari daerah kaya karbon alifatik. Mineralogi yang mendasari butiran ini kaya akan karbonat, mirip dengan kondrit CI 16, yang menunjukkan perubahan air sumber yang luas (Tabel Tambahan 1). Kondisi oksidasi akan mendukung konsentrasi gugus fungsi karbonil dan karboksil yang lebih tinggi dalam senyawa organik yang terkait dengan karbonat. Distribusi submikron organik dengan struktur karbon alifatik dapat sangat berbeda dari distribusi silikat berlapis berbutir kasar. Petunjuk senyawa organik alifatik yang terkait dengan filosilikat-OH ditemukan di meteorit Danau Tagish. Data mikroanalitik terkoordinasi menunjukkan bahwa bahan organik yang kaya akan senyawa alifatik mungkin tersebar luas di asteroid tipe-C dan terkait erat dengan filosilikat. Kesimpulan ini konsisten dengan laporan sebelumnya tentang CH alifatik/aromatik dalam partikel Ryugu yang ditunjukkan oleh MicroOmega, mikroskop hiperspektral inframerah dekat. Pertanyaan penting dan belum terselesaikan adalah apakah sifat unik senyawa organik kaya karbon alifatik yang terkait dengan filosilikat berbutir kasar yang diamati dalam penelitian ini hanya ditemukan di asteroid Ryugu.
a, spektrum karbon NEXAFS dinormalisasi ke 292 eV di wilayah kaya aromatik (C=C) (merah), di wilayah kaya alifatik (hijau), dan di matriks (biru). Garis abu-abu adalah spektrum organik tak larut Murchison 13 untuk perbandingan. au, unit arbitrase. b, Citra spektral mikroskopi sinar-X transmisi pemindaian (STXM) dari karbon K-edge yang menunjukkan bahwa penampang tersebut didominasi oleh karbon. c, plot komposit RGB dengan wilayah kaya aromatik (C=C) (merah), wilayah kaya alifatik (hijau), dan matriks (biru). d, organik yang kaya akan senyawa alifatik terkonsentrasi dalam filosilikat berbutir kasar, area tersebut diperbesar dari kotak putus-putus putih di b dan c. e, nanosfer besar (ng-1) di area yang diperbesar dari kotak putus-putus putih di b dan c. Untuk: pirotit. Pn: nikel-kromit. f, Spektrometri Massa Ion Sekunder Nanoskala (NanoSIMS), gambar unsur Hidrogen (1H), Karbon (12C), dan Nitrogen (12C14N), gambar rasio unsur 12C/1H, dan gambar isotop silang δD, δ13C, dan δ15N – Bagian PG-1: grafit presolar dengan pengayaan 13C ekstrem (Tabel Tambahan 4).
Studi kinetik degradasi bahan organik pada meteorit Murchison dapat memberikan informasi penting tentang distribusi heterogen bahan organik alifatik yang kaya akan butiran Ryugu. Studi ini menunjukkan bahwa ikatan CH alifatik dalam bahan organik bertahan hingga suhu maksimum sekitar 30°C pada induk dan/atau berubah dengan hubungan waktu-suhu (misalnya 200 tahun pada 100°C dan 0°C 100 juta tahun) . . Jika prekursor tidak dipanaskan pada suhu tertentu selama lebih dari waktu tertentu, distribusi asli bahan organik alifatik yang kaya akan filosilikat dapat dipertahankan. Namun, perubahan air batuan sumber dapat mempersulit interpretasi ini, karena A0037 yang kaya karbonat tidak menunjukkan daerah alifatik kaya karbon yang terkait dengan filosilikat. Perubahan suhu rendah ini secara kasar sesuai dengan keberadaan feldspar kubik dalam butiran Ryugu (Tabel Tambahan 1) 20.
Fraksi C0068.25 (ng-1; Gambar 3a–c,e) mengandung nanosfer besar yang menunjukkan spektrum C(=O)O dan C=O yang sangat aromatik (atau C=C), alifatik sedang, dan lemah. Tanda tangan karbon alifatik tidak cocok dengan tanda tangan organik tak larut dalam jumlah besar dan nanosfer organik yang terkait dengan kondrit (Gambar 3a) 17,21. Analisis spektroskopi Raman dan inframerah terhadap nanosfer di Danau Tagish menunjukkan bahwa nanosfer tersebut terdiri dari senyawa organik alifatik dan teroksidasi serta senyawa organik aromatik polisiklik yang tidak teratur dengan struktur kompleks22,23. Karena matriks di sekitarnya mengandung bahan organik yang kaya akan senyawa alifatik, tanda tangan karbon alifatik dalam ng-1 mungkin merupakan artefak analitis. Menariknya, ng-1 mengandung silikat amorf tertanam (Gambar 3e), tekstur yang belum dilaporkan untuk bahan organik ekstraterestrial apa pun. Silikat amorf dapat berupa komponen alami ng-1 atau dihasilkan dari amorfisasi silikat berair/anhidrat oleh ion dan/atau berkas elektron selama analisis.
Gambar ion NanoSIMS dari bagian C0068.25 (Gbr. 3f) menunjukkan perubahan seragam pada δ13C dan δ15N, kecuali untuk butiran presolar dengan pengayaan 13C besar sebesar 30.811‰ (PG-1 pada gambar δ13C pada Gbr. 3f) (Tabel Tambahan 4). Gambar butiran dasar sinar-X dan gambar TEM beresolusi tinggi hanya menunjukkan konsentrasi karbon dan jarak antara bidang dasar sebesar 0,3 nm, yang sesuai dengan grafit. Patut dicatat bahwa nilai δD (841 ± 394‰) dan δ15N (169 ± 95‰), yang diperkaya dengan bahan organik alifatik yang terkait dengan filosilikat berbutir kasar, ternyata sedikit lebih tinggi daripada nilai rata-rata untuk seluruh wilayah C (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) dalam C0068.25 (Tabel Tambahan 4). Pengamatan ini menunjukkan bahwa bahan organik kaya alifatik dalam filosilikat berbutir kasar mungkin lebih primitif daripada bahan organik di sekitarnya, karena yang terakhir mungkin telah mengalami pertukaran isotop dengan air di sekitarnya dalam tubuh aslinya. Atau, perubahan isotop ini mungkin juga terkait dengan proses pembentukan awal. Diinterpretasikan bahwa silikat berlapis berbutir halus dalam kondrit CI terbentuk sebagai hasil dari perubahan berkelanjutan dari gugus silikat anhidrat berbutir kasar asli. Materi organik kaya alifatik mungkin terbentuk dari molekul prekursor dalam cakram protoplanet atau media antarbintang sebelum pembentukan tata surya, dan kemudian sedikit berubah selama perubahan air pada benda induk Ryugu (besar). Ukuran Ryugu (<1,0 km) terlalu kecil untuk mempertahankan panas internal secara memadai bagi alterasi air untuk membentuk mineral-mineral terhidrasi25. Ukuran Ryugu (<1,0 km) terlalu kecil untuk mempertahankan panas internal yang cukup bagi alterasi air untuk membentuk mineral-mineral terhidrasi25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменения с образованием водных mineralov25. Ukuran (<1,0 km) Ryugu terlalu kecil untuk mempertahankan panas internal yang cukup untuk perubahan air guna membentuk mineral air25. 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 водныххералов25. Ukuran Ryugu (<1,0 km) terlalu kecil untuk mendukung panas internal untuk mengubah air membentuk mineral air25.Oleh karena itu, pendahulu Ryugu yang berukuran puluhan kilometer mungkin diperlukan. Bahan organik yang kaya akan senyawa alifatik dapat mempertahankan rasio isotop aslinya karena berasosiasi dengan filosilikat berbutir kasar. Namun, sifat pasti pembawa berat isotop masih belum pasti karena pencampuran yang rumit dan rumit dari berbagai komponen dalam fraksi FIB ini. Ini dapat berupa zat organik yang kaya akan senyawa alifatik dalam butiran Ryugu atau filosilikat kasar yang mengelilinginya. Perhatikan bahwa bahan organik di hampir semua kondrit karbon (termasuk kondrit CI) cenderung lebih kaya akan D daripada dalam filosilikat, kecuali meteorit CM Paris 24, 26.
Plot volume δD dan δ15N dari irisan FIB yang diperoleh untuk irisan FIB A0002.23 dan A0002.26, A0037.22 dan A0037.23, serta irisan FIB C0068.23, C0068.25 dan C0068.26 (total tujuh irisan FIB dari tiga partikel Ryugu) Perbandingan NanoSIMS dengan objek lain dalam tata surya ditunjukkan pada gbr. 4 (Tabel Tambahan 4)27,28. Perubahan volume dalam δD dan δ15N dalam profil A0002, A0037, dan C0068 konsisten dengan yang ada dalam IDP, tetapi lebih tinggi daripada dalam kondrit CM dan CI (Gbr. 4). Perhatikan bahwa rentang nilai δD untuk sampel Komet 29 (-240 hingga 1655‰) lebih besar daripada Ryugu. Volume δD dan δ15N dari profil Ryukyu, sebagai aturan, lebih kecil daripada rata-rata untuk komet keluarga Jupiter dan awan Oort (Gbr. 4). Nilai δD yang lebih rendah dari kondrit CI dapat mencerminkan pengaruh kontaminasi terestrial dalam sampel ini. Mengingat kesamaan antara Bells, Lake Tagish, dan IDP, heterogenitas besar dalam nilai δD dan δN dalam partikel Ryugu dapat mencerminkan perubahan dalam tanda tangan isotop awal komposisi organik dan berair di tata surya awal. Perubahan isotop yang serupa dalam δD dan δN dalam partikel Ryugu dan IDP menunjukkan bahwa keduanya dapat terbentuk dari material dari sumber yang sama. Dipercayai bahwa IDP berasal dari sumber komet 14 . Oleh karena itu, Ryugu mungkin mengandung material seperti komet dan/atau setidaknya tata surya bagian luar. Namun, ini mungkin lebih sulit daripada yang kami nyatakan di sini karena (1) campuran air sferulitik dan air kaya-D pada badan induk 31 dan (2) rasio D/H komet sebagai fungsi aktivitas komet 32 ​​. Namun, alasan untuk heterogenitas isotop hidrogen dan nitrogen yang diamati dalam partikel Ryugu tidak sepenuhnya dipahami, sebagian karena terbatasnya jumlah analisis yang tersedia saat ini. Hasil sistem isotop hidrogen dan nitrogen masih menimbulkan kemungkinan bahwa Ryugu mengandung sebagian besar material dari luar Tata Surya dan dengan demikian dapat menunjukkan beberapa kesamaan dengan komet. Profil Ryugu tidak menunjukkan korelasi yang jelas antara δ13C dan δ15N (Tabel Tambahan 4).
Komposisi isotop H dan N secara keseluruhan dari partikel Ryugu (lingkaran merah: A0002, A0037; lingkaran biru: C0068) berkorelasi dengan magnitudo matahari 27, keluarga rata-rata Jupiter (JFC27), dan komet awan Oort (OCC27), IDP28, dan kondrul berkarbon. Perbandingan meteorit 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Komposisi isotop diberikan dalam Tabel Tambahan 4. Garis putus-putus adalah nilai isotop terestrial untuk H dan N.
Pengangkutan zat volatil (misalnya bahan organik dan air) ke Bumi masih menjadi perhatian26,27,33. Bahan organik submikron yang terkait dengan filosilikat kasar dalam partikel Ryugu yang diidentifikasi dalam penelitian ini mungkin merupakan sumber zat volatil yang penting. Bahan organik dalam filosilikat berbutir kasar lebih terlindungi dari degradasi16,34 dan pembusukan35 daripada bahan organik dalam matriks berbutir halus. Komposisi isotop hidrogen yang lebih berat dalam partikel berarti bahwa partikel tersebut tidak mungkin menjadi satu-satunya sumber zat volatil yang dibawa ke Bumi purba. Partikel tersebut dapat dicampur dengan komponen dengan komposisi isotop hidrogen yang lebih ringan, seperti yang baru-baru ini diajukan dalam hipotesis keberadaan air yang didorong oleh angin matahari dalam silikat.
Dalam studi ini, kami menunjukkan bahwa meteorit CI, meskipun penting secara geokimia sebagai representasi dari keseluruhan komposisi tata surya,6,10 merupakan sampel yang terkontaminasi di daratan. Kami juga memberikan bukti langsung untuk interaksi antara materi organik alifatik yang kaya dan mineral hidrous di sekitarnya dan menunjukkan bahwa Ryugu mungkin mengandung material ekstrasurya37. Hasil studi ini dengan jelas menunjukkan pentingnya pengambilan sampel langsung protoasteroid dan kebutuhan untuk mengangkut sampel yang dikembalikan dalam kondisi yang sepenuhnya inert dan steril. Bukti yang disajikan di sini menunjukkan bahwa partikel Ryugu tidak diragukan lagi merupakan salah satu material tata surya yang paling tidak terkontaminasi yang tersedia untuk penelitian laboratorium, dan studi lebih lanjut terhadap sampel yang berharga ini tidak diragukan lagi akan memperluas pemahaman kita tentang proses tata surya awal. Partikel Ryugu merupakan representasi terbaik dari keseluruhan komposisi tata surya.
Untuk menentukan struktur mikro kompleks dan sifat kimia sampel skala submikron, kami menggunakan computed tomography berbasis radiasi sinkrotron (SR-XCT) dan difraksi sinar-X SR (XRD)-CT, analisis FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. Tidak ada degradasi, polusi akibat atmosfer bumi, dan tidak ada kerusakan dari partikel halus atau sampel mekanis. Sementara itu, kami telah melakukan analisis volumetrik sistematis menggunakan mikroskop elektron pemindaian (SEM)-EDS, EPMA, XRD, analisis aktivasi neutron instrumental (INAA), dan peralatan fluorinasi isotop oksigen laser. Prosedur pengujian ditunjukkan pada Gambar Tambahan 3 dan setiap pengujian dijelaskan di bagian berikut.
Partikel dari asteroid Ryugu diambil dari modul masuk kembali Hayabusa-2 dan dikirim ke Pusat Kontrol JAXA di Sagamihara, Jepang, tanpa mencemari atmosfer Bumi4. Setelah karakterisasi awal dan non-destruktif di fasilitas yang dikelola JAXA, gunakan wadah transfer antar-situs yang dapat disegel dan kantong kapsul sampel (kristal safir berdiameter 10 atau 15 mm dan baja tahan karat, tergantung pada ukuran sampel) untuk menghindari gangguan lingkungan. lingkungan. kontaminan tanah dan/atau air (misalnya uap air, hidrokarbon, gas atmosfer, dan partikel halus) dan kontaminasi silang antara sampel selama persiapan sampel dan pengangkutan antara lembaga dan universitas38. Untuk menghindari degradasi dan polusi akibat interaksi dengan atmosfer bumi (uap air dan oksigen), semua jenis persiapan sampel (termasuk pemotongan dengan pahat tantalum, menggunakan gergaji kawat berlian seimbang (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) dan pemotongan epoksi) persiapan untuk pemasangan) dilakukan di glovebox di bawah N2 yang bersih dan kering (titik embun: -80 hingga -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Semua barang yang digunakan di sini dibersihkan dengan kombinasi air ultramurni dan etanol menggunakan gelombang ultrasonik dengan frekuensi yang berbeda.
Di sini kami mempelajari koleksi meteorit Institut Penelitian Kutub Nasional (NIPR) dari Pusat Penelitian Meteorit Antartika (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 dan CY: Y 980115).
Untuk pemindahan antar instrumen untuk analisis SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS dan TEM, kami menggunakan tempat sampel ultratipis universal yang dijelaskan dalam penelitian sebelumnya38.
Analisis SR-XCT dari sampel Ryugu dilakukan menggunakan sistem CT terintegrasi BL20XU/SPring-8. Sistem CT terintegrasi terdiri dari berbagai mode pengukuran: mode bidang pandang lebar dan resolusi rendah (WL) untuk menangkap seluruh struktur sampel, mode bidang pandang sempit dan resolusi tinggi (NH) untuk pengukuran luas sampel yang akurat. minat dan radiografi untuk mendapatkan pola difraksi volume sampel, dan melakukan XRD-CT untuk mendapatkan diagram 2D ​​dari fase mineral bidang horizontal dalam sampel. Perhatikan bahwa semua pengukuran dapat dilakukan tanpa menggunakan sistem bawaan untuk melepaskan dudukan sampel dari alasnya, sehingga memungkinkan pengukuran CT dan XRD-CT yang akurat. Detektor sinar-X mode WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) dilengkapi dengan kamera semikonduktor oksida logam (CMOS) 4608 × 4608 piksel tambahan (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) dengan pendar yang terdiri dari kristal tunggal garnet aluminium lutetium setebal 10 µm (Lu3Al5O12:Ce) dan lensa relai. Ukuran piksel dalam mode WL sekitar 0,848 µm. Dengan demikian, bidang pandang (FOV) dalam mode WL sekitar 6 mm dalam mode CT offset. Detektor sinar-X mode NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) dilengkapi dengan pengilat gadolinium-aluminium-gallium garnet (Gd3Al2Ga3O12) setebal 20 µm, kamera CMOS (C11440-22CU) dengan resolusi 2048 × 2048 piksel; Hamamatsu Photonics) dan lensa ×20. Ukuran piksel dalam mode NH adalah ~0,25 µm dan bidang pandang adalah ~0,5 mm. Detektor untuk mode XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) dilengkapi dengan pengilat yang terdiri dari layar serbuk P43 (Gd2O2S:Tb) setebal 50 µm, kamera CMOS beresolusi 2304 × 2304 piksel (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) dan lensa relai. Detektor memiliki ukuran piksel efektif 19,05 µm dan bidang pandang 43,9 mm2. Untuk meningkatkan FOV, kami menerapkan prosedur CT offset dalam mode WL. Citra cahaya yang ditransmisikan untuk rekonstruksi CT terdiri dari citra dalam kisaran 180° hingga 360° yang dipantulkan secara horizontal di sekitar sumbu rotasi, dan citra dalam kisaran 0° hingga 180°.
Dalam mode XRD, berkas sinar-X difokuskan oleh pelat zona Fresnel. Dalam mode ini, detektor ditempatkan 110 mm di belakang sampel dan penghenti berkas berada 3 mm di depan detektor. Gambar difraksi dalam rentang 2θ dari 1,43° hingga 18,00° (jarak kisi d = 16,6–1,32 Å) diperoleh dengan titik sinar-X difokuskan di bagian bawah bidang pandang detektor. Sampel bergerak vertikal pada interval reguler, dengan setengah putaran untuk setiap langkah pemindaian vertikal. Jika partikel mineral memenuhi kondisi Bragg saat diputar 180°, dimungkinkan untuk memperoleh difraksi partikel mineral pada bidang horizontal. Gambar difraksi kemudian digabungkan menjadi satu gambar untuk setiap langkah pemindaian vertikal. Kondisi pengujian SR-XRD-CT hampir sama dengan pengujian SR-XRD. Dalam mode XRD-CT, detektor diposisikan 69 mm di belakang sampel. Citra difraksi dalam rentang 2θ berkisar dari 1,2° hingga 17,68° (d = 19,73 hingga 1,35 Å), di mana berkas sinar-X dan pembatas berkas sejajar dengan pusat bidang pandang detektor. Pindai sampel secara horizontal dan putar sampel 180°. Citra SR-XRD-CT direkonstruksi dengan intensitas mineral puncak sebagai nilai piksel. Dengan pemindaian horizontal, sampel biasanya dipindai dalam 500–1000 langkah.
Untuk semua percobaan, energi sinar-X ditetapkan pada 30 keV, karena ini adalah batas bawah penetrasi sinar-X ke meteorit dengan diameter sekitar 6 mm. Jumlah gambar yang diperoleh untuk semua pengukuran CT selama rotasi 180° adalah 1800 (3600 untuk program CT offset), dan waktu pencahayaan untuk gambar adalah 100 ms untuk mode WL, 300 ms untuk mode NH, 500 ms untuk XRD, dan 50 ms. ms untuk XRD-CT ms. Waktu pemindaian sampel yang umum adalah sekitar 10 menit dalam mode WL, 15 menit dalam mode NH, 3 jam untuk XRD, dan 8 jam untuk SR-XRD-CT.
Citra CT direkonstruksi dengan proyeksi balik konvolusional dan dinormalisasi untuk koefisien atenuasi linier dari 0 hingga 80 cm-1. Perangkat lunak Slice digunakan untuk menganalisis data 3D dan perangkat lunak muXRD digunakan untuk menganalisis data XRD.
Partikel Ryugu yang difiksasi dengan epoksi (A0029, A0037, C0009, C0014, dan C0068) dipoles secara bertahap pada permukaan hingga mencapai tingkat lapisan film pelapis berlian 0,5 µm (3M) dalam kondisi kering, menghindari material bersentuhan dengan permukaan selama proses pemolesan. Permukaan yang dipoles dari setiap sampel pertama-tama diperiksa dengan mikroskop cahaya dan kemudian dihamburkan kembali elektron untuk memperoleh gambar mineralogi dan tekstur (BSE) dari sampel dan elemen NIPR kualitatif menggunakan SEM JEOL JSM-7100F yang dilengkapi dengan spektrometer dispersif energi (AZtec). gambar energi). Untuk setiap sampel, kandungan elemen utama dan minor dianalisis menggunakan mikroanalisis probe elektron (EPMA, JEOL JXA-8200). Analisis partikel filosilikat dan karbonat pada 5 nA, standar alami dan sintetis pada 15 keV, sulfida, magnetit, olivin, dan piroksen pada 30 nA. Kadar modal dihitung dari peta unsur dan gambar BSE menggunakan perangkat lunak ImageJ 1.53 dengan ambang batas yang ditetapkan secara acak untuk setiap mineral.
Analisis isotop oksigen dilakukan di Universitas Terbuka (Milton Keynes, Inggris) menggunakan sistem fluorinasi laser inframerah. Sampel Hayabusa2 dikirim ke Universitas Terbuka 38 dalam wadah berisi nitrogen untuk dipindahkan antar fasilitas.
Pemuatan sampel dilakukan dalam kotak sarung tangan nitrogen dengan tingkat oksigen yang dipantau di bawah 0,1%. Untuk pekerjaan analitis Hayabusa2, pemegang sampel Ni baru dibuat, yang hanya terdiri dari dua lubang sampel (diameter 2,5 mm, kedalaman 5 mm), satu untuk partikel Hayabusa2 dan yang lainnya untuk standar internal obsidian. Selama analisis, sumur sampel yang berisi material Hayabusa2 ditutup dengan jendela BaF2 internal setebal sekitar 1 mm dan diameter 3 mm untuk menahan sampel selama reaksi laser. Aliran BrF5 ke sampel dipertahankan oleh saluran pencampuran gas yang dipotong di pemegang sampel Ni. Ruang sampel juga dikonfigurasi ulang sehingga dapat dikeluarkan dari jalur fluorinasi vakum dan kemudian dibuka dalam kotak sarung tangan berisi nitrogen. Ruang dua bagian disegel dengan segel kompresi paking tembaga dan klem rantai EVAC Quick Release CeFIX 38. Jendela BaF2 setebal 3 mm di bagian atas ruang memungkinkan pengamatan sampel dan pemanasan laser secara bersamaan. Setelah memuat sampel, jepit kembali bilik dan sambungkan kembali ke saluran berfluorinasi. Sebelum analisis, bilik sampel dipanaskan dalam vakum hingga sekitar 95°C semalaman untuk menghilangkan kelembapan yang terserap. Setelah pemanasan semalaman, bilik dibiarkan dingin hingga suhu ruangan, lalu bagian yang terpapar atmosfer selama pemindahan sampel dibersihkan dengan tiga alikuot BrF5 untuk menghilangkan kelembapan. Prosedur ini memastikan bahwa sampel Hayabusa 2 tidak terpapar atmosfer dan tidak terkontaminasi oleh kelembapan dari bagian saluran berfluorinasi yang dibuang ke atmosfer selama pemuatan sampel.
Sampel partikel Ryugu C0014-4 dan Orgueil (CI) dianalisis dalam mode "tunggal" yang dimodifikasi42, sementara analisis Y-82162 (CY) dilakukan pada baki tunggal dengan beberapa sumur sampel41. Karena komposisi anhidratnya, tidak perlu menggunakan metode tunggal untuk kondrit CY. Sampel dipanaskan menggunakan laser CO2 inframerah Photon Machines Inc. berdaya 50 W (10,6 µm) yang dipasang pada gantry XYZ dengan adanya BrF5. Sistem video internal memantau jalannya reaksi. Setelah fluorinasi, O2 yang dibebaskan digosok menggunakan dua perangkap nitrogen kriogenik dan lapisan KBr yang dipanaskan untuk menghilangkan kelebihan fluor. Komposisi isotop oksigen murni dianalisis pada spektrometer massa saluran ganda Thermo Fisher MAT 253 dengan resolusi massa sekitar 200.
Dalam beberapa kasus, jumlah gas O2 yang dilepaskan selama reaksi sampel kurang dari 140 µg, yang merupakan batas perkiraan penggunaan perangkat bellow pada spektrometer massa MAT 253. Dalam kasus ini, gunakan mikrovolume untuk analisis. Setelah menganalisis partikel Hayabusa2, standar internal obsidian difluorinasi dan komposisi isotop oksigennya ditentukan.
Ion-ion dari fragmen NF+ NF3+ mengganggu berkas dengan massa 33 (16O17O). Untuk menghilangkan potensi masalah ini, sebagian besar sampel diproses menggunakan prosedur pemisahan kriogenik. Hal ini dapat dilakukan dalam arah maju sebelum analisis MAT 253 atau sebagai analisis kedua dengan mengembalikan gas yang dianalisis ke saringan molekuler khusus dan melewatkannya kembali setelah pemisahan kriogenik. Pemisahan kriogenik melibatkan penyediaan gas ke saringan molekuler pada suhu nitrogen cair dan kemudian membuangnya ke saringan molekuler primer pada suhu -130°C. Pengujian ekstensif telah menunjukkan bahwa NF+ tetap berada pada saringan molekuler pertama dan tidak terjadi fraksinasi signifikan menggunakan metode ini.
Berdasarkan analisis berulang standar obsidian internal kami, akurasi keseluruhan sistem dalam mode bellow adalah: ±0,053‰ untuk δ17O, ±0,095‰ untuk δ18O, ±0,018‰ untuk Δ17O (2 sd). Analisis isotop oksigen diberikan dalam notasi delta standar, di mana delta18O dihitung sebagai:
Gunakan juga rasio 17O/16O untuk δ17O. VSMOW adalah standar internasional untuk Standar Air Laut Rata-rata Wina. Δ17O merupakan deviasi dari garis fraksinasi bumi, dan rumus perhitungannya adalah: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Semua data yang disajikan dalam Tabel Tambahan 3 telah disesuaikan dengan celah.
Bagian-bagian dengan ketebalan sekitar 150 hingga 200 nm diekstraksi dari partikel Ryugu menggunakan instrumen Hitachi High Tech SMI4050 FIB di JAMSTEC, Kochi Core Sampling Institute. Perhatikan bahwa semua bagian FIB diambil dari fragmen partikel yang belum diproses setelah dikeluarkan dari bejana berisi gas N2 untuk pemindahan antar objek. Fragmen-fragmen ini tidak diukur dengan SR-CT, tetapi diproses dengan paparan minimal ke atmosfer bumi untuk menghindari potensi kerusakan dan kontaminasi yang dapat memengaruhi spektrum tepi-K karbon. Setelah pengendapan lapisan pelindung tungsten, daerah yang diinginkan (hingga 25 × 25 μm2) dipotong dan ditipiskan dengan sinar ion Ga+ pada tegangan percepatan 30 kV, kemudian pada 5 kV dan arus probe 40 pA untuk meminimalkan kerusakan permukaan. Bagian-bagian yang sangat tipis kemudian ditempatkan pada jaring tembaga yang diperbesar (jaring Kochi) 39 menggunakan mikromanipulator yang dilengkapi dengan FIB.
Pelet Ryugu A0098 (1,6303 mg) dan C0068 (0,6483 mg) disegel dua kali dalam lembaran polietilena murni dengan kemurnian tinggi dalam kotak sarung tangan berisi nitrogen murni pada SPring-8 tanpa interaksi apa pun dengan atmosfer bumi. Persiapan sampel untuk JB-1 (batuan referensi geologi yang dikeluarkan oleh Survei Geologi Jepang) dilakukan di Universitas Metropolitan Tokyo.
INAA diadakan di Institut Radiasi Terpadu dan Ilmu Nuklir, Universitas Kyoto. Sampel diiradiasi dua kali dengan siklus iradiasi berbeda yang dipilih sesuai dengan waktu paruh nuklida yang digunakan untuk kuantisasi unsur. Pertama, sampel diiradiasi dalam tabung iradiasi pneumatik selama 30 detik. Fluks neutron termal dan cepat pada gambar 3 masing-masing adalah 4,6 × 1012 dan 9,6 × 1011 cm-2 s-1, untuk menentukan kandungan Mg, Al, Ca, Ti, V, dan Mn. Bahan kimia seperti MgO (kemurnian 99,99%, Soekawa Chemical), Al (kemurnian 99,9%, Soekawa Chemical), dan logam Si (kemurnian 99,999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical) juga diiradiasi untuk mengoreksi reaksi nuklir yang mengganggu seperti (n, n). Sampel juga diradiasi dengan natrium klorida (kemurnian 99,99%; MANAC) untuk mengoreksi perubahan fluks neutron.
Setelah iradiasi neutron, lembaran polietilena luar diganti dengan yang baru, dan radiasi gamma yang dipancarkan oleh sampel dan referensi segera diukur dengan detektor Ge. Sampel yang sama diiradiasi ulang selama 4 jam dalam tabung iradiasi pneumatik. 2 memiliki fluks neutron termal dan cepat masing-masing sebesar 5,6 1012 dan 1,2 1012 cm-2 s-1, untuk menentukan Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Kandungan Se, Sb, Os, Ir dan Au. Sampel kontrol Ga, As, Se, Sb, Os, Ir, dan Au diiradiasi dengan menerapkan jumlah yang sesuai (dari 10 hingga 50 μg) larutan standar dengan konsentrasi yang diketahui dari unsur-unsur ini ke dua lembar kertas saring, diikuti dengan iradiasi sampel. Hitungan sinar gamma dilakukan di Institut Ilmu Radiasi dan Nuklir Terpadu, Universitas Kyoto dan Pusat Penelitian RI, Universitas Metropolitan Tokyo. Prosedur analitis dan bahan referensi untuk penentuan kuantitatif unsur INAA sama seperti yang dijelaskan dalam pekerjaan kami sebelumnya.
Difraktometer sinar-X (Rigaku SmartLab) digunakan untuk mengumpulkan pola difraksi sampel Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) dan C0087 (<1 mg) di NIPR. Difraktometer sinar-X (Rigaku SmartLab) digunakan untuk mengumpulkan pola difraksi sampel Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) dan C0087 (<1 mg) di NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) untuk membantu картин образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (≪1 мг) dan C0087 (<1 мг) di NIPR. Difraktometer sinar-X (Rigaku SmartLab) digunakan untuk mengumpulkan pola difraksi sampel Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg), dan C0087 (<1 mg) di NIPR.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 的衍射图案。使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 的衍射图案。 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) dan C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использованием рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Pola difraksi sinar-X dari sampel Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) dan C0087 (<1 mg) diperoleh di NIPR menggunakan difraktometer sinar-X (Rigaku SmartLab).Semua sampel digiling menjadi bubuk halus pada wafer silikon non-reflektif menggunakan pelat kaca safir dan kemudian disebarkan secara merata pada wafer silikon non-reflektif tanpa cairan apa pun (air atau alkohol). Kondisi pengukuran adalah sebagai berikut: Radiasi sinar-X Cu Kα dihasilkan pada tegangan tabung 40 kV dan arus tabung 40 mA, panjang celah pembatas adalah 10 mm, sudut divergensi adalah (1/6)°, kecepatan rotasi dalam bidang adalah 20 rpm, dan rentangnya adalah 2θ (sudut Bragg ganda) adalah 3-100° dan membutuhkan waktu sekitar 28 jam untuk menganalisis. Optik Bragg Brentano digunakan. Detektor adalah detektor semikonduktor silikon satu dimensi (D/teX Ultra 250). Sinar-X Cu Kβ dihilangkan menggunakan filter Ni. Dengan menggunakan sampel yang tersedia, pengukuran saponit magnesium sintetis (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentin (serpentin daun, Miyazu, Nikka) dan pirotit (monoklinik 4C, Chihua, Mexico Watts) dibandingkan untuk mengidentifikasi puncak dan menggunakan data difraksi berkas serbuk dari Pusat Internasional untuk Data Difraksi, dolomit (PDF 01-071-1662) dan magnetit (PDF 00-019-0629). Data difraksi dari Ryugu juga dibandingkan dengan data pada kondrit karbonat yang mengalami hidroalterasi, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4, dan Y 980115 CY (tahap pemanasan III, 500–750°C). Perbandingan tersebut menunjukkan kesamaan dengan Orgueil, tetapi tidak dengan Y-791198 dan Y 980115.
Spektrum NEXAFS dengan tepi karbon K dari bagian sangat tipis sampel yang terbuat dari FIB diukur menggunakan saluran STXM BL4U di fasilitas sinkrotron UVSOR di Institute of Molecular Sciences (Okazaki, Jepang). Ukuran titik berkas yang difokuskan secara optik dengan pelat zona Fresnel kira-kira 50 nm. Langkah energi adalah 0,1 eV untuk struktur halus di wilayah tepi dekat (283,6–292,0 eV) dan 0,5 eV (280,0–283,5 eV dan 292,5–300,0 eV) untuk bagian depan dan belakang wilayah tersebut. Waktu untuk setiap piksel gambar ditetapkan menjadi 2 ms. Setelah evakuasi, ruang analitis STXM diisi dengan helium pada tekanan sekitar 20 mbar. Ini membantu meminimalkan pergeseran termal peralatan optik sinar-X di ruang dan tempat sampel, serta mengurangi kerusakan dan/atau oksidasi sampel. Spektrum karbon NEXAFS K-edge dihasilkan dari data bertumpuk menggunakan perangkat lunak aXis2000 dan perangkat lunak pemrosesan data STXM yang dipatenkan. Perhatikan bahwa wadah pemindahan sampel dan kotak sarung tangan digunakan untuk menghindari oksidasi dan kontaminasi sampel.
Setelah analisis STXM-NEXAFS, komposisi isotop hidrogen, karbon, dan nitrogen dari irisan FIB Ryugu dianalisis menggunakan pencitraan isotop dengan JAMSTEC NanoSIMS 50L. Berkas primer Cs+ terfokus sekitar 2 pA untuk analisis isotop karbon dan nitrogen dan sekitar 13 pA untuk analisis isotop hidrogen dirasterisasi pada area sekitar 24 × 24 µm2 hingga 30 × 30 µm2 pada sampel. Setelah pra-semprot selama 3 menit pada arus berkas primer yang relatif kuat, setiap analisis dimulai setelah stabilisasi intensitas berkas sekunder. Untuk analisis isotop karbon dan nitrogen, citra 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– dan 12C15N– diperoleh secara simultan menggunakan deteksi multipleks pengganda tujuh elektron dengan resolusi massa sekitar 9000, yang cukup untuk memisahkan semua senyawa isotop yang relevan. interferensi (yaitu 12C1H pada 13C dan 13C14N pada 12C15N). Untuk analisis isotop hidrogen, gambar 1H-, 2D- dan 12C- diperoleh dengan resolusi massa sekitar 3000 dengan deteksi ganda menggunakan tiga pengganda elektron. Setiap analisis terdiri dari 30 gambar pindaian dari area yang sama, dengan satu gambar terdiri dari 256 × 256 piksel untuk analisis isotop karbon dan nitrogen dan 128 × 128 piksel untuk analisis isotop hidrogen. Waktu tunda adalah 3000 µs per piksel untuk analisis isotop karbon dan nitrogen dan 5000 µs per piksel untuk analisis isotop hidrogen. Kami telah menggunakan 1-hidroksibenzotriazol hidrat sebagai standar isotop hidrogen, karbon dan nitrogen untuk mengkalibrasi fraksinasi massa instrumental45.
Untuk menentukan komposisi isotop silikon dari grafit presolar dalam profil FIB C0068-25, kami menggunakan enam pengganda elektron dengan resolusi massa sekitar 9000. Gambar terdiri dari 256 × 256 piksel dengan waktu tunda 3000 µs per piksel. Kami mengkalibrasi instrumen fraksinasi massa menggunakan wafer silikon sebagai standar isotop hidrogen, karbon, dan silikon.
Citra isotop diproses menggunakan perangkat lunak pencitraan NanoSIMS45 milik NASA. Data dikoreksi untuk waktu mati pengganda elektron (44 ns) dan efek kedatangan semu-simultan. Penyelarasan pemindaian yang berbeda untuk setiap citra guna mengoreksi pergeseran citra selama akuisisi. Citra isotop akhir dibuat dengan menambahkan ion sekunder dari setiap citra untuk setiap piksel pemindaian.
Setelah analisis STXM-NEXAFS dan NanoSIMS, penampang FIB yang sama diperiksa menggunakan mikroskop elektron transmisi (JEOL JEM-ARM200F) pada tegangan percepatan 200 kV di Kochi, JAMSTEC. Struktur mikro diamati menggunakan TEM medan terang dan TEM pemindaian sudut tinggi dalam medan gelap. Fase mineral diidentifikasi dengan difraksi elektron titik dan pencitraan pita kisi, dan analisis kimia dilakukan dengan EDS dengan detektor pergeseran silikon 100 mm2 dan perangkat lunak JEOL Analysis Station 4.30. Untuk analisis kuantitatif, intensitas sinar-X karakteristik untuk setiap elemen diukur dalam mode pemindaian TEM dengan waktu akuisisi data tetap 30 detik, area pemindaian berkas ~100 × 100 nm2, dan arus berkas 50 pA. Rasio (Si + Al)-Mg-Fe dalam silikat berlapis ditentukan menggunakan koefisien eksperimen k, dikoreksi untuk ketebalan, yang diperoleh dari standar piropagarnet alam.
Semua gambar dan analisis yang digunakan dalam studi ini tersedia di Sistem Pengarsipan dan Komunikasi Data JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Artikel ini menyediakan data asli.
Kitari, K. dkk. Komposisi permukaan asteroid 162173 Ryugu sebagaimana diamati oleh instrumen Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Kondrit karbon tipe Yamato (CY): analog permukaan asteroid Ryugu? Geokimia 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al. Analisis komposisi pertama sampel Ryugu dilakukan menggunakan mikroskop hiperspektral MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. dkk. Analisis awal sampel Hyabusa2 yang diambil dari asteroid tipe C Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).