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揮発性で有機物が豊富なC型小惑星は、地球上の水の主な供給源の1つである可能性があります。現在、炭素含有コンドライトがその化学組成について最もよく示唆していますが、隕石に関する情報は歪んでおり、最も耐久性の高いタイプだけが大気圏に突入して地球環境と相互作用して生き残ります。ここでは、はやぶさ2宇宙船によって地球に運ばれた主要なリュウグウ粒子の詳細な容積測定および微量分析研究の結果を紹介します。リュウグウ粒子は、化学的には分別されていないが水によって変質したCI（イウーナ型）コンドライトと組成が非常に一致しており、太陽系全体の構成の指標として広く使用されています。この標本は、豊富な脂肪族有機物と層状ケイ酸塩との間の複雑な空間関係を示しており、水浸食中の最高温度が約30℃であることを示しています。また、太陽系外起源と一致する豊富な重水素とジアゾニウムも発見しました。リュウグウの粒子は、これまで研究された中で最も汚染されておらず分離不可能な異星物質であり、太陽系の全体的な構成に最も適合している。
宇宙航空研究開発機構（JAXA）の探査機「はやぶさ2」は、2018年6月から2019年11月にかけて、小惑星リュウグウの広範囲にわたる遠隔調査を実施しました。「はやぶさ2」搭載の近赤外分光計（NIRS3）のデータは、リュウグウが熱変成または衝撃変成を受けた炭素質コンドライトに類似した物質で構成されている可能性を示唆しています。最も近いのはCYコンドライト（やまと型）2です。リュウグウの低いアルベドは、炭素を豊富に含む成分が多数含まれていることに加え、粒子サイズ、多孔度、そして空間風化の影響によって説明できます。「はやぶさ2」探査機はリュウグウに2回着陸し、サンプル採取を行いました。 2019年2月21日の最初の着陸中に表面物質が採取され、帰還カプセルのコンパートメントAに保管され、2019年7月11日の2回目の着陸中に、小型のポータブル衝突装置によって形成された人工クレーターの近くで物質が採取された。これらのサンプルはC病棟に保管されている。JAXA管理施設の特別な、汚染されていない、純粋な窒素を満たしたチャンバー内で行われたステージ1の粒子の初期の非破壊特性評価により、リュウグウの粒子はCI4コンドライトに最も類似しており、「さまざまなレベルの変動」3を示していることが示された。CYまたはCIコンドライトに類似するというリュウグウの一見矛盾した分類は、リュウグウ粒子の詳細な同位体、元素、および鉱物学的な特性評価によってのみ解決できる。ここで示された結果は、小惑星リュウグウの全体的な構成に関するこれら2つの予備的な説明のどちらが最も可能性の高いかを判断するための確固たる根拠を提供する。
フェーズ2には、チャンバーAから4個、チャンバーCから4個、計8個のリュウグウペレット（合計約60mg）が高知チームの管理に割り当てられました。この研究の主な目的は、小惑星リュウグウの性質、起源、進化史を解明し、コンドライト、惑星間塵粒子（IDP）、帰還彗星といった既知の地球外試料との類似点と相違点を記録することです。サンプルはNASAのスターダストミッションによって採取されました。
リュウグウの5つの粒子（A0029、A0037、C0009、C0014、C0068）の詳細な鉱物学的分析により、これらは主に細粒および粗粒のフィロケイ酸塩（約64～88 vol.%；図1a、b、補足図1）で構成されていることが明らかになりました。（および追加表1）。粗粒のフィロケイ酸塩は、細粒のフィロケイ酸塩に富むマトリックス（サイズは数ミクロン以下）中に、羽状凝集体（サイズは最大数十ミクロン）として存在します。層状ケイ酸塩粒子は、蛇紋石とサポナイトの共生関係にあります（図1c）。（Si + Al）-Mg-Feマップからも、バルクの層状ケイ酸塩マトリックスは蛇紋石とサポナイトの中間的な組成であることが示されています（図2a、b）。フィロケイ酸塩マトリックスには、炭酸塩鉱物（約2～21 vol.%）、硫化鉱物（約2.4～5.5 vol.%）、磁鉄鉱（約3.6～6.8 vol.%）が含まれています。本研究で調査した粒子の1つ（C0009）には、少量（約0.5 vol.%）の無水ケイ酸塩（カンラン石および輝石）が含まれていました。これは、リュウグウストーンの原料物質の特定に役立つ可能性があります5。この無水ケイ酸塩はリュウグウペレットでは稀で、C0009ペレットでのみ確実に確認されました。炭酸塩は、マトリックス中に破片（数百ミクロン未満）として存在し、そのほとんどはドロマイトで、少量の炭酸カルシウムとブリネルが含まれています。磁鉄鉱は、孤立した粒子、フランボイド、プラーク、または球状の凝集体として存在します。硫化物は、主に不規則な六角柱/板またはラス状の磁硫鉄鉱で代表されます。マトリックスには、サブミクロンのペントランド鉱が大量に含まれており、または磁硫鉄鉱と組み合わされています。 炭素を豊富に含む相（サイズ < 10 µm）は、フィロケイ酸塩を豊富に含むマトリックス中に広く存在します。 炭素を豊富に含む相（サイズ < 10 µm）は、フィロケイ酸塩を豊富に含むマトリックス中に広く存在します。 Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой филлосиликатами матрице. 炭素を豊富に含む相（サイズ < 10 µm）は、フィロケイ酸塩を豊富に含むマトリックス中に広く存在します。炭素を多く含む相（サイズ<10μm）は、層状炭酸塩を多く含む基材中に一般的に存在する。炭素を多く含む相（サイズ<10μm）は、層状炭酸塩を多く含む基材中に一般的に存在する。 Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) преобладают в богатой филлосиликатами матрице. 炭素を豊富に含む相（サイズ<10 µm）が、フィロケイ酸塩を豊富に含むマトリックスで優勢です。その他の補助鉱物については補足表1に示す。C0087、A0029、A0037の混合物のX線回折パターンから決定された鉱物のリストは、CI（オルゲイユ）コンドライトで決定されたものと非常に一致しているが、CYおよびCM（ミゲイ型）コンドライトとは大きく異なる（図1の拡大データおよび補足図2）。リュウグウ粒子（A0098、C0068）の全元素含有量もコンドライト6 CIと一致している（拡大データ、図2および補足表2）。対照的に、CMコンドライトは、中程度および高度に揮発性の元素、特にMnおよびZnが枯渇しており、難溶性元素の含有量が高い7。一部の元素の濃度は大きく変動するが、これは個々の粒子のサイズが小さいことと、その結果として生じるサンプリングの偏りによるサンプル固有の不均一性を反映している可能性がある。岩石学的、鉱物学的、そして元素学的特徴の全てが、リュウグウの粒子がCI8、9、10コンドライトと非常に類似していることを示しています。注目すべき例外は、リュウグウの粒子にはフェリハイドライトと硫酸塩が含まれていないことです。これは、CIコンドライトに含まれるこれらの鉱物が地球の風化によって形成されたことを示唆しています。
a、Mg Kα（赤）、Ca Kα（緑）、Fe Kα（青）、およびS Kα（黄）の乾式研磨断面C0068の合成X線画像。この画分は、層状ケイ酸塩（赤：約 88 vol%）、炭酸塩（ドロマイト、薄緑：約 1.6 vol%）、磁鉄鉱（青：約 5.3 vol%）、硫化物（黄：硫化物 = 約 2.5% vol%）で構成されています。エッセイ。b、a の後方散乱電子による等高線領域の画像。Bru – 未熟。Dole – ドロマイト。FeS は硫化鉄。Mag – 磁鉄鉱。juice – 石鹸石。Srp – 蛇紋石。c、典型的なサポナイト-蛇紋石連晶の高解像度透過型電子顕微鏡（TEM）画像。0.7 nm の蛇紋石とサポナイトの格子バンドがそれぞれ 1.1 nm 表示されています。
リュウグウA0037（赤丸）およびC0068（青丸）粒子のマトリックスおよび層状珪酸塩の組成（原子％）を、(Si+Al)-Mg-Fe三元系で示す。a, 電子プローブマイクロアナリシス（EPMA）の結果を、比較のために灰色で示したCIコンドライト（イヴナ、オルゲイユ、アレー）16に対してプロットした。b, 走査型透過電子顕微鏡（STEM）およびエネルギー分散型X線分光法（EDS）による分析結果を、オルゲイユ9およびマーチソン46隕石、および水和IDP47と比較するために示す。細粒および粗粒の層状珪酸塩を分析し、硫化鉄の小粒子は除外した。aおよびbの点線は、サポナイトおよび蛇紋石の溶解線を示す。 aの鉄分を多く含む組成は、層状ケイ酸塩粒子内のサブミクロンの硫化鉄粒子によるものと考えられますが、EPMA分析の空間分解能ではこれを除外できません。bのサポナイトよりもSi含有量が高いデータポイントは、フィロケイ酸塩層の隙間にナノサイズの非晶質シリコンを多く含む物質が存在することに起因している可能性があります。分析数：A0037はN=69、EPMAはN=68、C0068はN=68、A0037はN=19、C0068はSTEM-EDSでN=27。c、三酸化粒子リュウグウC0014-4の同位体マップ。コンドライト値CI（オルゲイユ）、CY（Y-82162）、文献データ（CMおよびC2-ung）41,48,49と比較。オルゲイユ隕石とY-82162隕石のデータを入手しました。 CCAMは無水炭素質コンドライト鉱物の線、TFLは陸地の境界線である。リュウグウ粒子C0014-4、CIコンドライト（オルゲイユ）、およびCYコンドライト（Y-82162）（本研究）のd、Δ17Oおよびδ18Oマップ。Δ17O_Ryugu：C0014-1のΔ17O値。Δ17O_Orgueil：オルゲイユの平均Δ17O値。Δ17O_Y-82162：Y-82162の平均Δ17O値。比較のために、文献41、48、49のCIおよびCYデータも示している。
粒状C0014からレーザーフッ素化法（方法）で抽出した1.83 mgの試料を用いて、酸素の質量同位体分析を実施した。比較のために、Orgueil (CI) の7つのコピー（総質量 = 8.96 mg）とY-82162 (CY) の7つのコピー（総質量 = 5.11 mg）を測定した（補足表3）。
図2dは、Y-82162と比較したオルゲイルとリュウグウの重量平均粒子間のΔ17Oとδ18Oの明確な分離を示しています。リュウグウC0014-4粒子のΔ17Oは、2sdで重なり合っているにもかかわらず、オルゲイル粒子よりも高くなっています。リュウグウ粒子はオルゲイルと比較して高いΔ17O値を示しており、これは1864年の落下以来のオルゲイルの地球からの汚染を反映している可能性があります。地球環境における風化作用11は必然的に大気中の酸素を取り込むことになり、全体的な分析結果を地球分別線（TFL）に近づけます。この結論は、リュウグウの粒子には水和物や硫酸塩が含まれず、オルゲイルには含まれるという鉱物学的データ（前述）と一致しています。
上記の鉱物学的データに基づくと、リュウグウ粒子とCIコンドライトの関連性を支持する一方で、CYコンドライトとの関連性は否定される。リュウグウ粒子が、鉱物学的に明らかな脱水作用の兆候を示すCYコンドライトと関連していないという事実は不可解である。リュウグウの軌道観測は、リュウグウが脱水作用を受けていることを示唆しており、したがってCY物質で構成されている可能性が高い。この明らかな違いの理由は依然として不明である。リュウグウの他の粒子の酸素同位体分析は、関連論文12で発表されている。しかしながら、この拡張データセットの結果は、リュウグウ粒子とCIコンドライトの関連性とも整合している。
協調マイクロアナリシス技術（補足図3）を用いて、集束イオンビーム（FIB）C0068.25（図3a～f）の全表面領域における有機炭素の空間分布を調査しました。C0068.25断面の近吸収端における炭素の微細構造X線吸収スペクトル（NEXAFS）には、芳香族またはC=C（285.2 eV）、C=O（286.5 eV）、CH（287.5 eV）、C(=O)O（288.8 eV）といった複数の官能基が示されています。一方、291.7 eVではグラフェン構造が消失しており（図3a）、これは熱変化が少ないことを意味します。 C0068.25の部分有機物の強いCHピーク（287.5 eV）は、これまで研究されてきた炭素質コンドライトの不溶性有機物とは異なり、スターダスト計画で得られたIDP14や彗星粒子により類似しています。287.5 eVの強いCHピークと、285.2 eVの非常に弱い芳香族またはC=Cピークは、有機化合物が脂肪族化合物に富んでいることを示しています（図3aおよび補足図3a）。脂肪族有機化合物に富む領域は、粗粒のフィロケイ酸塩、および芳香族（またはC=C）炭素構造が乏しい領域に局在しています（図3c、d）。対照的に、A0037,22（補足図3）では、部分的に脂肪族炭素に富む領域の含有量が低いことが示されました。これらの粒子の基礎鉱物は炭酸塩に富んでおり、コンドライト CI 16 に類似していることから、起源の水が広範に変質したことが示唆される（補足表 1）。酸化条件は、炭酸塩に関連する有機化合物中のカルボニルおよびカルボキシル官能基の高濃度化を促進する。脂肪族炭素構造を持つ有機物のサブミクロン分布は、粗粒の層状珪酸塩の分布とは大きく異なる可能性がある。タギッシュ湖隕石では、フィロケイ酸塩 - OH に関連する脂肪族有機化合物の兆候が見られた。調整された微量分析データは、脂肪族化合物に富む有機物が C 型小惑星に広く存在し、フィロケイ酸塩と密接に関連していることを示唆している。この結論は、近赤外ハイパースペクトル顕微鏡 MicroOmega によって実証された、リュウグウ粒子中の脂肪族/芳香族 CH に関する以前の報告と一致している。重要かつ未解決の疑問は、この研究で観察された粗粒層状珪酸塩岩に関連する脂肪族炭素を豊富に含む有機化合物のユニークな特性が小惑星リュウグウでのみ発見されるのかどうかである。
a, 芳香族 (C=C) に富む領域 (赤)、脂肪族に富む領域 (緑)、およびマトリックス (青) における 292 eV に標準化された NEXAFS 炭素スペクトル。灰色の線は比較のための Murchison 13 不溶性有機スペクトルです。au、アービトレーション ユニット。b, 走査透過 X 線顕微鏡 (STXM) による炭素 K 吸収端のスペクトル画像。この断面は炭素が主成分であることを示しています。c, 芳香族 (C=C) に富む領域 (赤)、脂肪族に富む領域 (緑)、およびマトリックス (青) の RGB 合成プロット。d, 脂肪族化合物に富む有機物は粗粒のフィロケイ酸塩に集中しており、この領域は b および c の白点線ボックスから拡大されています。e, b および c の白点線ボックスから拡大された領域にある大きなナノスフィア (ng-1)。For: 磁硫鉄鉱。Pn: ニッケルクロム鉄鉱。 f、ナノスケール二次イオン質量分析（NanoSIMS）、水素（1H）、炭素（12C）、窒素（12C14N）元素画像、12C/1H元素比画像、およびクロスδD、δ13C、δ15N同位体画像 – セクションPG-1：極端な13C濃縮を伴うプレソーラーグラファイト（補足表4）。
マーチソン隕石中の有機物分解の速度論的研究は、リュウグウ粒子中に富む脂肪族有機物の不均一な分布に関する重要な情報を提供する可能性がある。本研究では、有機物中の脂肪族CH結合は、親岩において最高温度約30℃まで持続すること、および／または時間と温度の関係（例えば、100℃で200年間、0℃で1億年間）に応じて変化することが示されている。前駆体が一定時間以上特定の温度で加熱されない場合、層状珪酸塩に富む脂肪族有機物の元の分布が保存される可能性がある。しかし、炭酸塩に富むA0037には層状珪酸塩に関連する炭素に富む脂肪族領域が見られないため、根源岩の水の変化はこの解釈を複雑にする可能性がある。この低温変化は、リュウグウ粒子中に立方晶系長石が存在することとほぼ一致する（補足表1）20。
画分 C0068.25 (ng-1; 図 3a–c、e) には、高度に芳香族 (または C=C)、中程度の脂肪族、および C(=O)O と C=O の弱いスペクトルを示す大きなナノスフィアが含まれています。脂肪族炭素の特徴は、コンドライトに伴うバルクの不溶性有機物および有機ナノスフィアの特徴と一致しません (図 3a) 17,21。タギッシュ湖のナノスフィアのラマンおよび赤外分光分析は、それらが脂肪族および酸化有機化合物と複雑な構造を持つ無秩序な多環芳香族有機化合物で構成されていることを示しています22,23。周囲のマトリックスには脂肪族化合物を多く含む有機物が含まれているため、ng-1 の脂肪族炭素の特徴は分析アーティファクトである可能性があります。興味深いことに、ng-1 には埋め込まれた非晶質ケイ酸塩 (図 3e)非晶質ケイ酸塩は、ng-1 の天然成分であるか、分析中にイオンや電子ビームによって水性/無水ケイ酸塩が非晶質化された結果である可能性があります。
C0068.25断面のNanoSIMSイオン画像（図3f）は、13Cが30,811‰と大きく濃縮されたプレソーラー粒子（図3fのδ13C画像のPG-1）を除いて、δ13Cとδ15Nの均一な変化を示しています（補足表4）。X線素粒子画像と高解像度TEM画像では、炭素濃度と、グラファイトに対応する0.3nmの基底面間距離のみが示されています。粗粒フィロケイ酸塩に関連する脂肪族有機物に富むδD（841±394‰）とδ15N（169±95‰）の値は、領域C全体の平均（δD = 528±139‰）よりもわずかに高いことが判明していることは注目に値します。 ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰）がC0068.25（補足表4）に報告されている。この観察結果は、粗粒フィロケイ酸塩中の脂肪族に富む有機物は、周囲の有機物よりも原始的である可能性があることを示唆している。なぜなら、後者は元の天体で周囲の水と同位体交換を受けた可能性があるからである。あるいは、これらの同位体変化は初期の形成プロセスにも関係している可能性がある。CIコンドライト中の細粒層状ケイ酸塩は、元の粗粒無水ケイ酸塩クラスターの継続的な変質の結果として形成されたと解釈される。脂肪族に富む有機物は、太陽系形成前の原始惑星円盤または星間物質中の前駆分子から形成され、その後、リュウグウ（大）母天体の水交換中にわずかに変化した可能性がある。 リュウグウの大きさ（< 1.0 km）は小さすぎるため、水質変化によって含水鉱物が形成されるのに十分な内部熱を維持することができません25。 リュウグウの大きさ（< 1.0 km）は小さすぎるため、水質変化によって含水鉱物が形成されるのに十分な内部熱を維持することができません25。 Размер (<1,0 км) Рюгу слиском мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменения с образованием водных минералов25. リュウグウの大きさ（< 1.0 km）は小さすぎて、水が変化して水鉱物を形成するのに十分な内部熱を維持できません25。 リュウグウの寸法（< 1.0 ミクロン）は、水分を含む物質 25 を形成するために内部の熱を維持するには不十分です。 リュウグウの寸法（< 1.0 ミクロン）は、水分を含む物質 25 を形成するために内部の熱を維持するには不十分です。 Размер Рюгу (<1,0 км) слиском мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для изменения воды с образованием водных 25時。 リュウグウの大きさ（< 1.0 km）は小さすぎるため、内部の熱が水を水鉱物に変えるのに必要となる25。したがって、リュウグウの前身となる隕石は数十キロメートルの大きさである必要があるかもしれません。脂肪族化合物に富む有機物は、粗粒層状珪酸塩鉱物との共存により、元の同位体比を保持している可能性があります。しかし、これらのFIB分画中の様々な成分が複雑かつ繊細に混合されているため、同位体比の高いキャリアの正確な性質は依然として不明です。これらは、リュウグウの顆粒に含まれる脂肪族化合物に富む有機物、またはそれらを取り囲む粗粒層状珪酸塩鉱物である可能性があります。ほぼすべての炭素質コンドライト（CIコンドライトを含む）に含まれる有機物は、CMパリ24、26隕石を除き、層状珪酸塩鉱物よりもDに富む傾向があることに注意してください。
A0002.23 と A0002.26、A0037.22 と A0037.23、C0068.23、C0068.25 と C0068.26 の FIB スライスの体積 δD と δ15N のプロット (3 つのリュウグウ粒子から合計 7 つの FIB スライス) NanoSIMS と太陽系の他の天体との比較を図 4 (補足表 4)27,28 に示します。A0002、A0037、および C0068 プロファイルの δD および δ15N の体積変化は IDP のものと一致していますが、CM コンドライトと CI コンドライトよりも高くなっています (図 4)。彗星 29 サンプルの δD 値の範囲 (-240 〜 1655 ‰) はリュウグウよりも広いことに注意してください。琉球プロファイルの体積δDおよびδ15Nは、原則として、木星族の彗星およびオールトの雲の平均よりも小さい（図4）。CIコンドライトの低いδD値は、これらのサンプルへの地球からの汚染の影響を反映している可能性がある。ベルズ、タギッシュ湖、IDPの類似性を考慮すると、リュウグウ粒子のδDおよびδN値の大きな不均一性は、初期太陽系における有機および水性組成の初期同位体シグネチャーの変化を反映している可能性がある。リュウグウとIDP粒子のδDおよびδNの同様の同位体変化は、両方が同じ起源の物質から形成された可能性があることを示唆している。IDPは彗星起源であると考えられている14。したがって、リュウグウには彗星のような物質、および/または少なくとも太陽系外縁部の物質が含まれている可能性がある。しかし、これはここで述べるよりも難しいかもしれない。その理由は、(1) 母天体31 には球状水とDに富む水が混在していること、および(2) 彗星の活動に応じた彗星のD/H比32 である。しかし、リュウグウ粒子中の水素および窒素同位体の不均一性が観測される理由は、現在利用可能な分析の数が限られていることもあり、完全には解明されていない。水素および窒素同位体システムの結果は、リュウグウが太陽系外からの物質の大部分を含んでおり、したがって彗星との類似性を示す可能性を依然として示唆している。リュウグウのプロファイルでは、δ13Cとδ15Nの間に明らかな相関は見られなかった（補足表4）。
リュウグウ粒子（赤丸：A0002、A0037、青丸：C0068）のHおよびN同位体組成は、太陽等級27、木星平均族（JFC27）、オールト雲彗星（OCC27）、IDP28、炭素質コンドリュールと相関している。隕石27（CI、CM、CR、C2-ung）との比較。同位体組成は補足表4に示されている。点線はHおよびNの地球同位体値である。
揮発性物質（有機物や水など）の地球への輸送は依然として懸念事項である26,27,33。本研究で特定されたリュウグウ粒子中の粗粒層状珪酸塩に付随するサブミクロン有機物は、揮発性物質の重要な供給源である可能性がある。粗粒層状珪酸塩中の有機物は、細粒マトリックス中の有機物よりも分解16,34および崩壊35から保護されている。粒子中の水素の同位体組成がより重いことから、これらが初期地球に運ばれた揮発性物質の唯一の供給源である可能性は低い。最近提唱された、太陽風によって生成された水が珪酸塩中に存在するという仮説のように、これらの粒子はより軽い水素同位体組成を持つ成分と混合されている可能性がある。
本研究では、CI隕石が太陽系全体の構成を示すものとして地球化学的に重要であるにもかかわらず6,10、地球由来の汚染サンプルであることを示しています。また、豊富な脂肪族有機物と近傍の含水鉱物との相互作用の直接的な証拠を示し、リュウグウに太陽系外物質が含まれている可能性を示唆しています37。本研究の結果は、原始小惑星の直接採取の重要性と、持ち帰ったサンプルを完全に不活性かつ無菌の状態で輸送する必要性を明確に示しています。ここで示された証拠は、リュウグウ粒子が実験室研究に利用可能な最も汚染されていない太陽系物質の1つであることに疑いの余地がなく、これらの貴重なサンプルのさらなる研究により、初期太陽系プロセスに関する理解が確実に深まることを示しています。リュウグウ粒子は、太陽系全体の構成を最もよく表しています。
サブミクロンスケールの試料の複雑な微細構造と化学的性質を明らかにするために、放射光コンピュータ断層撮影（SR-XCT）、SR X線回折（XRD）-CT、FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM分析を用いた。劣化や大気汚染はなく、微粒子や機械的試料による損傷もない。また、走査型電子顕微鏡（SEM）-EDS、EPMA、XRD、機器中性子放射化分析（INAA）、レーザー酸素同位体フッ素化装置を用いて、体系的な体積分析も実施した。分析手順は補足図3に示し、各分析については以下のセクションで説明する。
小惑星リュウグウの粒子は、はやぶさ2の再突入モジュールから回収され、地球の大気を汚染することなく、日本の相模原にあるJAXA管制センターに運ばれました4。JAXA管理施設で初期非破壊特性評価が行われた後、密閉可能なサイト間転送容器とサンプルカプセルバッグ（サンプルサイズに応じて直径10または15mmのサファイアクリスタルとステンレス鋼）を使用して、環境干渉を避けます。環境。yおよび/または地面の汚染物質（水蒸気、炭化水素、大気ガス、微粒子など）およびサンプル準備中および研究機関と大学間の輸送中のサンプル間の相互汚染38。地球大気（水蒸気および酸素）との相互作用による劣化および汚染を防ぐため、あらゆる種類のサンプル準備（タンタルチゼルによるチッピング、バランスドダイヤモンドワイヤーソー（明和フォーシス株式会社製 DWS 3400）を使用した切断、エポキシ樹脂の切断など）は、クリーンで乾燥した窒素雰囲気（露点：-80～-60℃、酸素濃度：約50～100ppm）のグローブボックス内で実施しました。ここで使用したすべてのサンプルは、超純水とエタノールの混合液と、異なる周波数の超音波を用いて洗浄されています。
ここでは、国立極地研究所（NIPR）南極隕石研究センターの隕石コレクション（CI：オルゲイユ、CM2.4：ヤマト（Y）-791198、CY：Y-82162、CY：Y 980115）を研究します。
SR-XCT、NanoSIMS、STXM-NEXAFS、TEM分析用の機器間の転送には、以前の研究38で説明したユニバーサル超薄型サンプルホルダーを使用しました。
リュウグウ試料のSR-XCT分析は、BL20XU/SPring-8統合CTシステムを用いて実施されました。統合CTシステムは、試料全体の構造を捉えるための広視野・低分解能（WL）モードと、試料領域を正確に測定するための狭視野・高解像度（NH）モードの2つの測定モードから構成されています。さらに、試料体積の回折パターンを得るために関心領域とX線写真を取得し、試料中の水平面鉱物相の2次元図を得るためにXRD-CTを実施します。なお、すべての測定は、試料ホルダーをベースから取り外すことなく内蔵システムなしで実行できるため、正確なCT測定とXRD-CT測定が可能です。 WLモードX線検出器（BM AA40P、浜松ホトニクス）には、10μm厚のルテチウムアルミニウムガーネット単結晶（Lu3Al5O12:Ce）からなるシンチレータとリレーレンズを備えた4608 × 4608ピクセルの金属酸化膜半導体（CMOS）カメラ（C14120-20P、浜松ホトニクス）が装備されていました。WLモードのピクセルサイズは約0.848μmです。したがって、オフセットCTモードでのWLモードの視野（FOV）は約6mmです。 NHモードX線検出器（BM AA50、浜松ホトニクス）には、厚さ20µmのガドリニウム・アルミニウム・ガリウム・ガーネット（Gd3Al2Ga3O12）シンチレータ、解像度2048×2048ピクセルのCMOSカメラ（C11440-22CU、浜松ホトニクス）、および×20レンズが搭載されていました。NHモードのピクセルサイズは約0.25µm、視野は約0.5mmです。XRDモード検出器（BM AA60、浜松ホトニクス）には、厚さ50µmのP43（Gd2O2S:Tb）粉末スクリーンからなるシンチレータ、解像度2304×2304ピクセルのCMOSカメラ（C15440-20UP、浜松ホトニクス）、およびリレーレンズが搭載されていました。検出器の有効ピクセルサイズは19.05µm、視野は43.9mm²です。視野を拡大するために、WLモードでオフセットCT法を適用しました。CT再構成用の透過光画像は、回転軸を中心に水平方向に180°～360°反射した画像と、0°～180°反射した画像から構成されます。
XRD モードでは、X 線ビームはフレネルゾーンプレートによって焦点を絞られます。このモードでは、検出器はサンプルの 110 mm 後ろに配置され、ビームストップは検出器の 3 mm 前にあります。X 線スポットを検出器の視野の下部に焦点を絞った状態で、2θ 範囲 1.43°～18.00° (格子ピッチ d = 16.6～1.32 Å) の回折画像を取得しました。サンプルは一定の間隔で垂直に移動し、垂直スキャン ステップごとに半回転します。鉱物粒子が 180° 回転したときにブラッグ条件を満たす場合は、水平面での鉱物粒子の回折を得ることができます。その後、回折画像は垂直スキャン ステップごとに 1 つの画像に結合されました。SR-XRD-CT 分析条件は、SR-XRD 分析の場合とほぼ同じです。XRD-CT モードでは、検出器はサンプルの 69 mm 後ろに配置されます。 2θ範囲における回折像は1.2°～17.68°（d = 19.73～1.35Å）で、X線ビームとビームリミッターの両方が検出器の視野中心と一直線に並んでいます。試料を水平方向に走査し、試料を180°回転させます。SR-XRD-CT像は、鉱物のピーク強度をピクセル値として再構成されています。水平走査では、試料は通常500～1000ステップで走査されます。
すべての実験において、X線エネルギーは30 keVに固定されました。これは、直径約6 mmの隕石へのX線透過の下限値であるためです。180°回転中のCT測定で取得した画像数は1800枚（オフセットCTプログラムでは3600枚）で、画像の露光時間はWLモードで100 ms、NHモードで300 ms、XRDモードで500 ms、XRD-CTモードで50 msでした。典型的なサンプルスキャン時間は、WLモードで約10分、NHモードで約15分、XRDで約3時間、SR-XRD-CTで約8時間です。
CT画像は畳み込み逆投影法によって再構成され、0～80 cm-1の線形減衰係数で正規化されました。3Dデータの解析にはSliceソフトウェアを使用し、XRDデータの解析にはmuXRDソフトウェアを使用しました。
エポキシ樹脂で固定されたリュウグウ粒子（A0029、A0037、C0009、C0014、C0068）の表面を、乾式条件下で0.5 µm（3M）ダイヤモンドラッピングフィルムのレベルまで徐々に研磨した。研磨プロセス中に粒子が表面と接触しないようにした。各サンプルの研磨面は、まず光学顕微鏡で観察し、次にエネルギー分散型分光計（AZtec）を備えたJEOL JSM-7100F SEMを用いて、鉱物学および組織像（BSE）とNIPRの定性元素を取得するために後方散乱電子像を得た。各サンプルについて、電子プローブマイクロアナライザー（EPMA、JEOL JXA-8200）を用いて主要元素と微量元素の含有量を分析した。フィロケイ酸塩および炭酸塩粒子は5 nA、天然および合成標準物質は15 keV、硫化物、磁鉄鉱、カンラン石、輝石は30 nAで分析しました。モーダルグレードは、ImageJ 1.53ソフトウェアを用いて、元素マップとBSE画像から算出しました。各鉱物に適切な閾値を任意に設定しました。
酸素同位体分析は、英国ミルトン・キーンズのオープン大学において、赤外線レーザーフッ素化システムを用いて実施されました。はやぶさ2のサンプルは、施設間の輸送のため、窒素充填容器に入れてオープン大学38に搬送されました。
サンプル充填は、酸素濃度が 0.1% 未満に監視された窒素グローブ ボックス内で行われました。はやぶさ2 の分析作業用に、直径 2.5 mm、深さ 5 mm の 2 つのサンプル穴のみを備えた新しい Ni サンプル ホルダーが製作されました。1 つははやぶさ2 粒子用、もう 1 つは黒曜石内部標準用です。分析中、はやぶさ2 物質を含むサンプル ウェルは、レーザー反応中にサンプルを保持するために、厚さ約 1 mm、直径 3 mm の内部 BaF2 ウィンドウで覆われていました。サンプルへの BrF5 の流れは、Ni サンプル ホルダーに切断されたガス混合チャネルによって維持されました。サンプル チャンバーも再構成され、真空フッ素化ラインから取り外して窒素充填グローブ ボックス内で開けることができるようになりました。2 ピースのチャンバーは、銅製ガスケット付き圧縮シールと EVAC クイック リリース CeFIX 38 チェーン クランプで密閉されました。チャンバー上部にある厚さ 3 mm の BaF2 ウィンドウにより、サンプルとレーザー加熱を同時に観察できます。サンプルをロードした後、チャンバーを再びクランプで固定し、フッ素化ラインに再接続します。分析前に、サンプルチャンバーを真空下で一晩約95℃に加熱し、吸着水分を除去します。一晩加熱した後、チャンバーを室温まで冷却し、サンプル移送中に大気に露出した部分をBrF5で3回パージして水分を除去します。これらの手順により、「はやぶさ2」サンプルが大気に露出せず、サンプルロード中に大気に放出されるフッ素化ライン部分からの水分による汚染も防止されます。
リュウグウ C0014-4 およびオルゲイユ (CI) 粒子サンプルは改良「シングル」モード42 で分析され、Y-82162 (CY) の分析は複数のサンプルウェルを備えた単一トレイで実施されました41。CY コンドライトは無水組成であるため、単一の分析法を使用する必要はありません。サンプルは、BrF5 存在下で XYZ ガントリーに取り付けられた 50 W (10.6 µm) の Photon Machines Inc. 製赤外 CO2 レーザーを使用して加熱されました。内蔵ビデオシステムで反応の経過を監視できます。フッ素化後、遊離した O2 は 2 つの極低温窒素トラップと加熱された KBr ベッドを使用して洗浄され、余分なフッ素が除去されました。精製された酸素の同位体組成は、質量分解能約 200 の Thermo Fisher MAT 253 デュアルチャンネル質量分析計で分析されました。
サンプルの反応中に放出されるガス状酸素の量は、MAT 253質量分析計のベローズ装置の使用限界である140µg未満であった場合もありました。このような場合は、微量サンプルを用いて分析してください。はやぶさ2粒子の分析後、黒曜石内部標準物質をフッ素化し、酸素同位体組成を決定しました。
NF+ NF3+フラグメントのイオンは、質量数33（16O17O）のビームと干渉します。この潜在的な問題を排除するため、ほとんどのサンプルは極低温分離法を用いて処理されます。これは、MAT 253分析の前に順方向に行うか、分析ガスを特殊な分子ふるいに戻し、極低温分離後に再度通過させることで二次分析として行うことができます。極低温分離では、ガスを液体窒素温度で分子ふるいに供給し、その後-130℃で一次分子ふるいに排出します。広範囲にわたる試験により、この方法ではNF+が最初の分子ふるいに留まり、有意な分画は発生しないことが示されています。
社内の黒曜石標準物質を繰り返し分析した結果、ベローズモードにおけるシステムの総合精度は、δ17Oで±0.053‰、δ18Oで±0.095‰、Δ17Oで±0.018‰（2 sd）です。酸素同位体分析は標準デルタ表記法で示され、δ18Oは以下のように計算されます。
δ17Oについては、17O/16O比を用いてください。VSMOWはウィーン平均海水基準の国際標準です。Δ17Oは地球分別線からの偏差を表し、計算式はΔ17O = δ17O – 0.52 × δ18Oです。補足表3に示されているすべてのデータは、ギャップ調整済みです。
約150～200 nmの厚さの切片が、海洋研究開発機構高知コア試料採取研究所にある日立ハイテクSMI4050 FIB装置を用いてリュウグウ粒子から採取された。すべてのFIB切片は、物体間搬送のために窒素ガス充填容器から取り出された後の未処理粒子の未処理断片から採取されたものであることに留意されたい。これらの断片はSR-CTでは測定されなかったが、炭素K端スペクトルに影響を及ぼす可能性のある損傷や汚染を避けるため、地球の大気への曝露を最小限に抑えて処理された。タングステン保護層を堆積した後、対象領域（最大25×25μm2）を切り出し、表面損傷を最小限にするため、加速電圧30kV、次に5kV、プローブ電流40pAの条件でGa+イオンビームを用いて薄くした。次に、FIBを備えたマイクロマニピュレーターを用いて、超薄切片を拡大した銅メッシュ（高知メッシュ）39上に置いた。
リュウグウA0098（1.6303mg）およびC0068（0.6483mg）ペレットは、SPring-8の純窒素グローブボックス内で、地球大気との接触を一切行わずに、高純度ポリエチレンシートに二重封入されました。JB-1（地質調査所発行の地質標準岩石）の試料調製は、首都大学東京で行われました。
INAAは京都大学複合原子力科学研究所で行われています。試料は、元素定量に使用した核種の半減期に応じて選択された異なる照射サイクルで2回照射されました。最初に、試料は空気照射管で30秒間照射されました。図3の熱中性子と高速中性子の束は、それぞれ4.6 × 1012と9.6 × 1011 cm-2 s-1です。Mg、Al、Ca、Ti、V、およびMnの含有量を決定するために使用されました。MgO（純度99.99％、添川化学工業）、Al（純度99.9％、添川化学工業）、およびSi金属（純度99.999％、富士フイルム和光純薬）などの化学物質も、（n、n）などの干渉核反応を補正するために照射されました。中性子束の変化を補正するために、サンプルには塩化ナトリウム (純度 99.99%、MANAC) も照射されました。
中性子照射後、外側のポリエチレンシートを新しいものと交換し、サンプルおよび参照から放出されたガンマ線を Ge 検出器で直ちに測定した。同じサンプルを空気照射管で 4 時間再照射した。 2 は、Na、K、Ca、Sc、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、As、Se、Sb、Os、Ir、Au の含有量を決定するために、それぞれ 5.6 1012 および 1.2 1012 cm-2 s-1 の熱中性子束および高速中性子束を有する。Ga、As、Se、Sb、Os、Ir、および Au のコントロールサンプルは、これらの元素の既知濃度の標準溶液を適切な量 (10～50 μg) を 2 枚のろ紙に塗布し、サンプルに照射することによって照射した。ガンマ線カウントは、京都大学総合原子力科学研究所および首都大学東京 RI 研究センターで実施INAA 元素の定量測定のための分析手順および参照物質は、以前の研究で説明したものと同じです。
極地研究所において、X線回折計（リガクスマートラボ）を用いてリュウグウのサンプルA0029（<1 mg）、A0037（≪1 mg）、C0087（<1 mg）の回折パターンを収集しました。 極地研究所において、X線回折計（リガクスマートラボ）を用いてリュウグウのサンプルA0029（<1 mg）、A0037（≪1 mg）、C0087（<1 mg）の回折パターンを収集しました。 Рентгеновский дифрактометр (リガク スマートラボ) использовали для сбора дифракционных картин образцов リュウグウ A0029 (<1 分)、A0037 (≪1分）、C0087（<1分）、NIPR。 X線回折計（リガクスマートラボ）を使用して、NIPRのリュウグウA0029（<1 mg）、A0037（≪1 mg）、およびC0087（<1 mg）サンプルの回折パターンを収集しました。Ｘ線回折ツール（Ｒｉｇａｋｕ ＳｍａｒｔＬａｂ）を使用して、ＮＩＰＲにおいてリュウグウサンプルＡ００２９（＜１ｍｇ）、Ａ００３７（＜１ｍｇ）およびＣ００８７（＜１ｍｇ）の回折パターンを収集した。Ｘ線回折ツール（Ｒｉｇａｋｕ ＳｍａｒｔＬａｂ）を使用して、ＮＩＰＲにおいてリュウグウサンプルＡ００２９（＜１ｍｇ）、Ａ００３７（＜１ｍｇ）およびＣ００８７（＜１ｍｇ）の回折パターンを収集した。 リュウグウ A0029 (<1 分)、A0037 (<1 分)、C0087 (<1 分) が NIPR で発見されました。 рентгеновского дифрактометра (リガク スマートラボ)。 リュウグウA0029（<1 mg）、A0037（<1 mg）、C0087（<1 mg）のサンプルのX線回折パターンは、NIPRでX線回折計（リガクSmartLab）を使用して取得されました。すべてのサンプルは、サファイアガラス板を使用してシリコン無反射ウェハ上で微粉末に粉砕され、液体（水またはアルコール）を使用せずにシリコン無反射ウェハ上に均一に広げられました。測定条件は次のとおりです。Cu Kα X線は、管電圧40 kV、管電流40 mAで生成され、限界スリット長は10 mm、発散角は（1/6）°、面内回転速度は20 rpm、範囲2θ（ダブルブラッグ角）は3〜100°で、分析には約28時間かかります。ブラッグブレンターノ光学系を使用しました。検出器は、1次元シリコン半導体検出器（D/teX Ultra 250）です。Cu KβのX線は、Niフィルターを使用して除去されました。入手可能な試料を用いて、合成マグネシアンサポナイト（JCSS-3501、クニミネ工業株式会社）、蛇紋石（リーフ蛇紋石、宮津市、ニッカ）、磁硫鉄鉱（単斜晶系4C、チワ市、メキシコ・ワッツ）の測定値を比較し、ピークを特定した。また、国際回折データセンター（ICD）の粉末ファイルデータ回折データ、ドロマイト（PDF 01-071-1662）、磁鉄鉱（PDF 00-019-0629）も使用した。リュウグウの回折データは、水和変成炭素質コンドライトであるオルゲイユCI、Y-791198 CM2.4、およびY 980115 CY（加熱ステージIII、500～750℃）のデータとも比較した。比較の結果、オルゲイユとは類似性が示されたが、Y-791198およびY 980115とは類似性が見られなかった。
FIB で作製したサンプルの超薄切片のカーボン端 K による NEXAFS スペクトルを、分子科学研究所 (岡崎市、日本) の UVSOR シンクロトロン施設の STXM BL4U チャンネルを使用して測定しました。フレネルゾーンプレートで光学的に焦点を絞ったビームのスポットサイズは約 50 nm です。エネルギーステップは、近端領域 (283.6～292.0 eV) の微細構造の場合は 0.1 eV、前面および背面領域の場合は 0.5 eV (280.0～283.5 eV および 292.5～300.0 eV) です。各画像ピクセルの時間は 2 ms に設定されました。真空排気後、STXM 分析チャンバーは約 20 mbar の圧力でヘリウムで満たされました。これにより、チャンバーおよびサンプルホルダー内の X 線光学機器の熱ドリフトが最小限に抑えられ、サンプルの損傷や酸化も軽減されます。 NEXAFS Kエッジ炭素スペクトルは、aXis2000ソフトウェアと独自のSTXMデータ処理ソフトウェアを用いてスタックデータから生成されました。サンプルの酸化と汚染を防ぐため、サンプル移送ケースとグローブボックスを使用しています。
STXM-NEXAFS分析に続いて、JAMSTEC NanoSIMS 50Lを用いた同位体イメージングにより、リュウグウFIBスライスの水素、炭素、窒素の同位体組成を分析した。炭素および窒素同位体分析では約2 pA、水素同位体分析では約13 pAの集束Cs+一次ビームが、サンプル上で約24×24µm2～30×30µm2の領域にラスター化される。比較的強い一次ビーム電流で3分間のプレスプレイを行った後、二次ビーム強度が安定した後に各分析を開始した。炭素および窒素同位体の分析では、約9000の質量分解能を備えた7電子増倍管マルチプレックス検出を使用して、12C–、13C–、16O–、12C14N–、および12C15N–の画像が同時に取得され、これは関連するすべての同位体化合物を分離するのに十分な質量分解能である。干渉（すなわち、13C に対する 12C1H および 12C15N に対する 13C14N）を抑制した。水素同位体の分析では、3 つの電子増倍管を使用した多重検出により、約 3000 の質量分解能で 1H、2D、および 12C 画像を取得した。各分析は、同じ領域の 30 枚のスキャン画像で構成され、1 つの画像は、炭素および窒素同位体分析の場合は 256 × 256 ピクセル、水素同位体分析の場合は 128 × 128 ピクセルで構成されます。遅延時間は、炭素および窒素同位体分析の場合は 1 ピクセルあたり 3000 µs、水素同位体分析の場合は 1 ピクセルあたり 5000 µs です。機器質量分別法の較正に、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール水和物を水素、炭素、窒素同位体標準として使用しました45。
FIB C0068-25プロファイルにおけるプレソーラーグラファイトのシリコン同位体組成を決定するために、質量分解能約9000の電子増倍管6台を使用しました。画像は256×256ピクセルで構成され、遅延時間はピクセルあたり3000マイクロ秒です。質量分別装置の校正には、水素、炭素、シリコン同位体標準としてシリコンウェハを使用しました。
同位体画像は、NASAのNanoSIMS45イメージングソフトウェアを用いて処理されました。データは、電子増倍管のデッドタイム（44ナノ秒）と準同時到着効果を補正しました。画像取得中の画像ドリフトを補正するため、画像ごとに異なるスキャンアライメントを採用しました。最終的な同位体画像は、各画像から得られた二次イオンを各スキャンピクセルに加算することで作成されます。
STXM-NEXAFSおよびNanoSIMS分析後、同じFIB断面をJAMSTEC高知校の透過型電子顕微鏡（JEOL JEM-ARM200F）で加速電圧200 kVで観察しました。微細構造は明視野TEMと暗視野高角走査TEMで観察しました。鉱物相はスポット電子回折と格子バンドイメージングによって同定され、化学分析は100 mm²のシリコンドリフト検出器とJEOL Analysis Station 4.30ソフトウェアを使用したEDSによって実施されました。定量分析のために、各元素の特性X線強度を、TEM走査モードで固定データ取得時間30秒、ビーム走査領域約100×100 nm²、ビーム電流50 pAで測定しました。層状ケイ酸塩の (Si + Al)-Mg-Fe 比は、天然パイロパガーネットの標準から得られた、厚さを補正した実験係数 k を使用して決定されました。
本研究で使用されたすべての画像と解析データは、JAXAデータ保管・通信システム（DARTS）https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2で公開されています。本記事はオリジナルデータです。
キタリ・K. 他「はやぶさ2 NIRS3観測装置による小惑星リュウグウ162173の表面組成」サイエンス誌364号、272-275頁。
Kim, AJ「大和型炭素質コンドライト（CY）：リュウグウ小惑星表面の類似物か？」地球化学79、125531（2019）。
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