Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset CSS-støtte. For best mulig opplevelse anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre fortsatt støtte, vil vi gjengi nettstedet uten stiler og JavaScript.
C-type asteroider er flyktige og rike på organisk materiale, og kan være en av de viktigste vannkildene på jorden. For tiden gir karbonholdige kondritter den beste ideen om deres kjemiske sammensetning, men informasjonen om meteoritter er forvrengt: bare de mest holdbare typene overlever når de kommer inn i atmosfæren og deretter samhandler med jordens miljø. Her presenterer vi resultatene av en detaljert volumetrisk og mikroanalytisk studie av den primære Ryugu-partikkelen som ble levert til jorden av Hayabusa-2-romfartøyet. Ryugu-partikler viser en nær sammensetning som samsvarer med kjemisk ufraksjonerte, men vannendrede CI (Iwuna-type) kondritter, som er mye brukt som en indikator på den totale sammensetningen av solsystemet. Dette eksemplaret viser et komplekst romlig forhold mellom rike alifatiske organiske stoffer og lagdelte silikater, og indikerer en maksimal temperatur på rundt 30 °C under vannerosjon. Vi fant en overflod av deuterium og diazonium som stemmer overens med en ekstrasolar opprinnelse. Ryugu-partikler er det mest uforurensede og uatskillelige fremmede materialet som noen gang er studert, og de passer best til den generelle sammensetningen av solsystemet.
Fra juni 2018 til november 2019 utførte det japanske luftfartsutforskningsbyråets (JAXA) Hayabusa2-romfartøy en omfattende fjernundersøkelse av asteroiden Ryugu. Data fra Near Infrared Spectrometer (NIRS3) på Hayabusa-2 antyder at Ryugu kan være sammensatt av et materiale som ligner på termisk og/eller sjokkmetamorfe karbonholdige kondritt. Den nærmeste matchen er CY-kondritt (Yamato-type) 2. Ryugus lave albedo kan forklares med tilstedeværelsen av et stort antall karbonrike komponenter, samt partikkelstørrelse, porøsitet og romlige forvitringseffekter. Hayabusa-2-romfartøyet foretok to landinger og samlet inn prøver på Ryuga. Under den første landingen 21. februar 2019 ble det innhentet overflatemateriale, som ble lagret i rom A i returkapselen, og under den andre landingen 11. juli 2019 ble materiale samlet inn i nærheten av et kunstig krater dannet av en liten bærbar nedslagsanordning. Disse prøvene lagres i avdeling C. Innledende ikke-destruktiv karakterisering av partiklene i trinn 1 i spesielle, uforurensede og rent nitrogenfylte kamre ved JAXA-administrerte anlegg indikerte at Ryugu-partiklene var mest lik CI4-kondritter og viste «ulike nivåer av variasjon»3. Den tilsynelatende motstridende klassifiseringen av Ryugu, som ligner på CY- eller CI-kondritter, kan bare løses ved detaljert isotopisk, elementær og mineralogisk karakterisering av Ryugu-partikler. Resultatene som presenteres her gir et solid grunnlag for å bestemme hvilken av disse to foreløpige forklaringene på den totale sammensetningen av asteroiden Ryugu som er mest sannsynlig.
Åtte Ryugu-pellets (omtrent 60 mg totalt), fire fra kammer A og fire fra kammer C, ble tildelt fase 2 for å lede Kochi-teamet. Hovedmålet med studien er å belyse asteroiden Ryugus natur, opprinnelse og evolusjonshistorie, og å dokumentere likheter og forskjeller med andre kjente utenomjordiske prøver som kondritter, interplanetære støvpartikler (IDP-er) og tilbakevendende kometer. Prøver samlet inn av NASAs Stardust-oppdrag.
Detaljert mineralogisk analyse av fem Ryugu-korn (A0029, A0037, C0009, C0014 og C0068) viste at de hovedsakelig består av fin- og grovkornede fyllosilikater (~64–88 vol.%; fig. 1a, b, tilleggsfig. 1). og tilleggstabell 1). Grovkornede fyllosilikater forekommer som finnete aggregater (opptil titalls mikrometer i størrelse) i finkornede, fyllosilikatrike matriser (mindre enn noen få mikrometer i størrelse). Lagdelte silikatpartikler er serpentin-saponitt-symbionter (fig. 1c). (Si + Al)-Mg-Fe-kartet viser også at den bulklagdelte silikatmatrisen har en mellomliggende sammensetning mellom serpentin og saponitt (fig. 2a, b). Fyllosilikatmatrisen inneholder karbonatmineraler (~2–21 vol.%), sulfidmineraler (~2,4–5,5 vol.%) og magnetitt (~3,6–6,8 vol.%). En av partiklene som ble undersøkt i denne studien (C0009) inneholdt en liten mengde (~0,5 vol.%) vannfrie silikater (olivin og pyroksen), noe som kan bidra til å identifisere kildematerialet som utgjorde den rå Ryugu-steinen5. Dette vannfrie silikatet er sjeldent i Ryugu-pellets og ble bare positivt identifisert i C0009-pelleten. Karbonater er tilstede i matrisen som fragmenter (mindre enn noen få hundre mikron), hovedsakelig dolomitt, med små mengder kalsiumkarbonat og brinell. Magnetitt forekommer som isolerte partikler, framboider, plakker eller sfæriske aggregater. Sulfider er hovedsakelig representert av pyrrhotitt i form av uregelmessige sekskantede prismer/plater eller lekter. Matrisen inneholder en stor mengde submikron pentlanditt eller i kombinasjon med pyrrhotitt. Karbonrike faser (<10 µm i størrelse) forekommer allestedsnærværende i den fyllosilikatrike matrisen. Karbonrike faser (<10 µm i størrelse) forekommer allestedsnærværende i den fyllosilikatrike matrisen. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой philлосиликатами матрице. Karbonrike faser (<10 µm i størrelse) forekommer allestedsnærværende i den fyllosilikatrike matrisen.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 мкм) преобладают в богатой филлосиликатами матрице. Karbonrike faser (<10 µm i størrelse) dominerer i den fyllosilikatrike matrisen.Andre tilleggsmineraler er vist i tilleggstabell 1. Listen over mineraler bestemt fra røntgendiffraksjonsmønsteret til blandingen C0087 og A0029 og A0037 er svært konsistent med den som ble bestemt i CI (Orgueil)-kondritt, men avviker sterkt fra CY- og CM (Mighei-type)-kondrittene (figur 1 med utvidede data og tilleggstabell 2). Det totale elementinnholdet i Ryugu-korn (A0098, C0068) er også konsistent med kondritt 6 CI (utvidede data, figur 2 og tilleggstabell 2). I motsetning til dette er CM-kondrittene utarmet i moderat og svært flyktige elementer, spesielt Mn og Zn, og høyere i ildfaste elementer7. Konsentrasjonene av noen elementer varierer sterkt, noe som kan være en refleksjon av den iboende heterogeniteten i prøven på grunn av den lille størrelsen på individuelle partikler og den resulterende prøvetakingsskjevheten. Alle petrologiske, mineralogiske og elementære egenskaper indikerer at Ryugu-korn er svært like kondrittene CI8,9,10. Et bemerkelsesverdig unntak er fraværet av ferrihydritt og sulfat i Ryugu-korn, noe som tyder på at disse mineralene i CI-kondritter ble dannet av terrestrisk forvitring.
a, Kompositt røntgenbilde av Mg Kα (rød), Ca Kα (grønn), Fe Kα (blå) og S Kα (gul) tørrpolert seksjon C0068. Fraksjonen består av lagdelte silikater (rød: ~88 vol%), karbonater (dolomitt; lysegrønn: ~1,6 vol%), magnetitt (blå: ~5,3 vol%) og sulfider (gul: sulfid = ~2,5 vol%). essay. b, bilde av konturområdet i tilbakespredte elektroner på a. Bru – umoden; Dole – dolomitt; FeS er jernsulfid; Mag – magnetitt; juice – kleberstein; Srp – serpentin. c, høyoppløselig transmisjonselektronmikroskopi (TEM)-bilde av en typisk saponitt-serpentin-sammenvekst som viser serpentin- og saponitt-gitterbånd på henholdsvis 0,7 nm og 1,1 nm.
Sammensetningen av matrisen og det lagdelte silikatet (i %) av Ryugu A0037 (heltrukne røde sirkler) og C0068 (heltrukne blå sirkler) partiklene er vist i det ternære (Si+Al)-Mg-Fe-systemet. a, Resultater fra elektronprobemikroanalyse (EPMA) plottet mot CI-kondritter (Ivuna, Orgueil, Alais)16 vist i grått for sammenligning. b, Skannings-TEM (STEM) og energidispersiv røntgenspektroskopi (EDS)-analyse vist for sammenligning med Orgueil9- og Murchison46-meteoritter og hydrert IDP47. Finkornede og grovkornede fyllosilikater ble analysert, og små partikler av jernsulfid ble unngått. De stiplede linjene i a og b viser oppløsningslinjene til saponitt og serpentin. Den jernrike sammensetningen i a kan skyldes submikron jernsulfidkorn i de lagdelte silikatkornene, noe som ikke kan utelukkes av den romlige oppløsningen til EPMA-analysen. Datapunkter med et høyere Si-innhold enn saponitten i b kan være forårsaket av tilstedeværelsen av nanostørrelse av amorft silisiumrikt materiale i mellomrommene i fyllosilikatlaget. Antall analyser: N=69 for A0037, N=68 for EPMA, N=68 for C0068, N=19 for A0037 og N=27 for C0068 for STEM-EDS. c, isotopkart av trioksypartikkelen Ryugu C0014-4 sammenlignet med kondrittverdier CI (Orgueil), CY (Y-82162) og litteraturdata (CM og C2-ung)41,48,49. Vi har innhentet data for Orgueil- og Y-82162-meteorittene. CCAM er en linje av vannfrie karbonholdige kondrittmineraler, TFL er en skillelinje mellom landområder. d, Δ17O- og δ18O-kart av Ryugu-partikkelen C0014-4, CI-kondritt (Orgueil) og CY-kondritt (Y-82162) (denne studien). Δ17O_Ryugu: Verdien av Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Gjennomsnittlig Δ17O-verdi for Orgueil. Δ17O_Y-82162: Gjennomsnittlig Δ17O-verdi for Y-82162. CI- og CY-data fra litteraturen 41, 48, 49 er også vist for sammenligning.
Masseisotopanalyse av oksygen ble utført på en 1,83 mg prøve av materiale ekstrahert fra granulært C0014 ved laserfluorering (Metoder). Til sammenligning kjørte vi syv kopier av Orgueil (CI) (total masse = 8,96 mg) og syv kopier av Y-82162 (CY) (total masse = 5,11 mg) (Tilleggstabell 3).
Fig. 2d viser et tydelig skille mellom Δ17O og δ18O mellom de gjennomsnittlige vektpartiklene til Orgueil og Ryugu sammenlignet med Y-82162. Δ17O-verdien til Ryugu C0014-4-partikkelen er høyere enn for Orgeil-partikkelen, til tross for overlappingen ved 2 standardavstand. Ryugu-partikler har høyere Δ17O-verdier sammenlignet med Orgeil, noe som kan gjenspeile sistnevntes terrestriske forurensning siden fallet i 1864. Forvitring i det terrestriske miljøet11 resulterer nødvendigvis i inkorporering av atmosfærisk oksygen, noe som bringer den samlede analysen nærmere den terrestriske fraksjoneringslinjen (TFL). Denne konklusjonen er i samsvar med de mineralogiske dataene (diskutert tidligere) om at Ryugu-korn ikke inneholder hydrater eller sulfater, mens Orgeil gjør det.
Basert på de ovennevnte mineralogiske dataene støtter disse resultatene en sammenheng mellom Ryugu-korn og CI-kondritter, men utelukker en sammenheng mellom CY-kondritter. Det faktum at Ryugu-korn ikke er assosiert med CY-kondritter, som viser tydelige tegn på dehydreringsmineralogi, er forvirrende. Orbitale observasjoner av Ryugu ser ut til å indikere at den har gjennomgått dehydrering og derfor sannsynligvis består av CY-materiale. Årsakene til denne tilsynelatende forskjellen er fortsatt uklare. En oksygenisotopanalyse av andre Ryugu-partikler presenteres i en tilhørende artikkel 12. Resultatene av dette utvidede datasettet er imidlertid også i samsvar med sammenhengen mellom Ryugu-partikler og CI-kondritter.
Ved hjelp av koordinerte mikroanalyseteknikker (tilleggsfigur 3) undersøkte vi den romlige fordelingen av organisk karbon over hele overflatearealet til den fokuserte ionestrålefraksjonen (FIB) C0068.25 (figur 3a–f). Finstrukturrøntgenabsorpsjonsspektre av karbon (NEXAFS) ved den nære kanten i seksjon C0068.25 som viser flere funksjonelle grupper – aromatisk eller C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), CH4 (287,5 eV) og C(=O)O (288,8 eV) – grafenstrukturen er fraværende ved 291,7 eV (figur 3a), noe som betyr en lav grad av termisk variasjon. Den sterke CH4-toppen (287,5 eV) av de delvise organiske stoffene i C0068.25 skiller seg fra de uløselige organiske stoffene i tidligere studerte karbonholdige kondritter og ligner mer på IDP14 og kometpartikler oppnådd av Stardust-oppdraget. En sterk CH₄-topp ved 287,5 eV og en svært svak aromatisk eller C=C-topp ved 285,2 eV indikerer at organiske forbindelser er rike på alifatiske forbindelser (fig. 3a og tilleggsfig. 3a). Områder rike på alifatiske organiske forbindelser er lokalisert i grovkornede fyllosilikater, så vel som i områder med en dårlig aromatisk (eller C=C) karbonstruktur (fig. 3c,d). I motsetning til dette viste A0037,22 (tilleggsfig. 3) delvis et lavere innhold av alifatiske karbonrike regioner. Den underliggende mineralogien til disse kornene er rik på karbonater, lik kondritt CI 16, noe som tyder på omfattende endring av kildevannet (tilleggstabell 1). Oksidasjonsforhold vil favorisere høyere konsentrasjoner av karbonyl- og karboksylfunksjonelle grupper i organiske forbindelser assosiert med karbonater. Submikronfordelingen av organiske stoffer med alifatiske karbonstrukturer kan være svært forskjellig fra fordelingen av grovkornede lagdelte silikater. Hint av alifatiske organiske forbindelser assosiert med fyllosilikat-OH ble funnet i Tagish Lake-meteoritten. Koordinerte mikroanalytiske data tyder på at organisk materiale rikt på alifatiske forbindelser kan være utbredt i C-type asteroider og nært assosiert med fyllosilikater. Denne konklusjonen er i samsvar med tidligere rapporter om alifatiske/aromatiske CH-er i Ryugu-partikler demonstrert av MicroOmega, et nær-infrarødt hyperspektralmikroskop. Et viktig og uavklart spørsmål er om de unike egenskapene til alifatiske karbonrike organiske forbindelser assosiert med grovkornede fyllosilikater observert i denne studien bare finnes på asteroiden Ryugu.
a, NEXAFS-karbonspektre normalisert til 292 eV i det aromatiske (C=C) rike området (rødt), i det alifatiske rike området (grønt) og i matrisen (blått). Den grå linjen er Murchison 13 uløselig organisk spektrum for sammenligning. au, arbitrasjonsenhet. b, Skanningstransmisjonsrøntgenmikroskopi (STXM) spektralbilde av en karbon K-kant som viser at seksjonen er dominert av karbon. c, RGB-komposittplott med aromatiske (C=C) rike områder (rødt), alifatiske rike områder (grønt) og matrise (blått). d, organiske stoffer rike på alifatiske forbindelser er konsentrert i grovkornet fyllosilikat, området er forstørret fra de hvite stiplede boksene i b og c. e, store nanosfærer (ng-1) i området forstørret fra den hvite stiplede boksen i b og c. For: pyrrhotitt. Pn: nikkel-kromitt. f, Nanoskala sekundær ionmassespektrometri (NanoSIMS), hydrogen (1H), karbon (12C) og nitrogen (12C14N) elementbilder, 12C/1H elementforholdsbilder og kryss-δD, δ13C og δ15N isotopbilder – Seksjon PG-1: presolar grafitt med ekstrem 13C-anriking (tilleggstabell 4).
Kinetiske studier av nedbrytning av organisk materiale i Murchison-meteoritter kan gi viktig informasjon om den heterogene fordelingen av alifatisk organisk materiale rikt på Ryugu-korn. Denne studien viser at alifatiske CH4-bindinger i organisk materiale vedvarer opptil en maksimal temperatur på omtrent 30 °C ved mormeteoritten og/eller endres med tid-temperatur-forhold (f.eks. 200 år ved 100 °C og 0 °C i 100 millioner år). Hvis forløperen ikke varmes opp ved en gitt temperatur i mer enn en viss tid, kan den opprinnelige fordelingen av alifatiske organiske stoffer rike på fyllosilikat bevares. Imidlertid kan endringer i kildebergartens vann komplisere denne tolkningen, ettersom karbonatrik A0037 ikke viser noen karbonrike alifatiske regioner assosiert med fyllosilikater. Denne lave temperaturendringen tilsvarer omtrent tilstedeværelsen av kubisk feltspat i Ryugu-korn (Tilleggstabell 1) 20.
Fraksjon C0068.25 (ng-1; fig. 3a–c,e) inneholder en stor nanosfære som viser svært aromatiske (eller C=C), moderat alifatiske og svake spektre av C(=O)O og C=O. . Signaturen til alifatisk karbon samsvarer ikke med signaturen til uløselige organiske stoffer i bulk og organiske nanosfærer assosiert med kondritter (fig. 3a) 17,21. Raman- og infrarødspektroskopisk analyse av nanosfærer i Tagish-sjøen viste at de består av alifatiske og oksiderte organiske forbindelser og uordnede polysykliske aromatiske organiske forbindelser med en kompleks struktur 22,23. Fordi den omkringliggende matrisen inneholder organiske stoffer rike på alifatiske forbindelser, kan signaturen til alifatisk karbon i ng-1 være et analytisk artefakt. Interessant nok inneholder ng-1 innebygde amorfe silikater (fig. 3e), en tekstur som ennå ikke er rapportert for noen utenomjordiske organiske stoffer. Amorfe silikater kan være naturlige komponenter av ng-1 eller være et resultat av amorfisering av vandige/vannfrie silikater ved ioner og/eller elektronstråler under analyse.
NanoSIMS-ionbilder av C0068.25-seksjonen (fig. 3f) viser ensartede endringer i δ13C og δ15N, bortsett fra for presolare korn med en stor 13C-anriking på 30 811‰ (PG-1 i δ13C-bildet i fig. 3f) (tilleggstabell 4). Røntgenbilder av elementære korn og høyoppløselige TEM-bilder viser bare karbonkonsentrasjonen og avstanden mellom basalplanene på 0,3 nm, som tilsvarer grafitt. Det er verdt å merke seg at verdiene for δD (841 ± 394‰) og δ15N (169 ± 95‰), anriket med alifatisk organisk materiale assosiert med grovkornede fyllosilikater, viser seg å være litt høyere enn gjennomsnittet for hele regionen C (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) i C0068.25 (Tilleggstabell 4). Denne observasjonen antyder at de alifatiskrike organiske stoffene i grovkornede fyllosilikater kan være mer primitive enn de omkringliggende organiske stoffene, siden sistnevnte kan ha gjennomgått isotoputveksling med det omkringliggende vannet i den opprinnelige kroppen. Alternativt kan disse isotopiske endringene også være relatert til den innledende dannelsesprosessen. Det tolkes som at finkornede lagdelte silikater i CI-kondritter ble dannet som et resultat av kontinuerlig endring av de opprinnelige grovkornede vannfrie silikatklyngene. Alifatiskrikt organisk materiale kan ha blitt dannet fra forløpermolekyler i den protoplanetariske skiven eller det interstellare mediet før dannelsen av solsystemet, og deretter blitt noe endret under vannforandringene i Ryugu (det store) moderlegemet. Størrelsen (<1,0 km) på Ryugu er for liten til å opprettholde tilstrekkelig indre varme for vandig omdannelse til dannelse av vannholdige mineraler25. Størrelsen (<1,0 km) på Ryugu er for liten til å opprettholde tilstrekkelig indre varme for vandig omdannelse til dannelse av vannholdige mineraler25. Размер (<1,0 km) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменого измов водных минералов25. Størrelse (<1,0 km) Ryugu er for liten til å opprettholde tilstrekkelig indre varme for vannutskiftning for å danne vannmineraler25. 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吀牴25〿牴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吀牴25〿牴25 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло for изменения воды с образованимин 2. Størrelsen på Ryugu (<1,0 km) er for liten til å støtte indre varme som kan omdanne vann til vannmineraler25.Derfor kan det være nødvendig med Ryugu-forgjengere på flere titalls kilometer. Organisk materiale rikt på alifatiske forbindelser kan beholde sine opprinnelige isotopforhold på grunn av assosiasjon med grovkornede fyllosilikater. Den nøyaktige naturen til de isotopiske tunge bærerne er imidlertid fortsatt usikker på grunn av den komplekse og delikate blandingen av de ulike komponentene i disse FIB-fraksjonene. Disse kan være organiske stoffer rike på alifatiske forbindelser i Ryugu-granuler eller grove fyllosilikater som omgir dem. Merk at organisk materiale i nesten alle karbonholdige kondritter (inkludert CI-kondritter) har en tendens til å være rikere på D enn på fyllosilikater, med unntak av CM Paris 24, 26-meteoritter.
Plott av volum δD og δ15N av FIB-skiver oppnådd for A0002.23 og A0002.26, A0037.22 og A0037.23 og C0068.23, C0068.25 og C0068.26 FIB-skiver (totalt syv FIB-skiver fra tre Ryugu-partikler). En sammenligning av NanoSIMS med andre objekter i solsystemet er vist i figur 4 (tilleggstabell 4)27,28. Volumendringer i δD og δ15N i A0002-, A0037- og C0068-profilene er konsistente med de i IDP, men høyere enn i CM- og CI-kondrittene (figur 4). Merk at området for δD-verdier for Comet 29-prøven (-240 til 1655‰) er større enn for Ryugu. Volumene δD og δ15N i Ryukyu-profilene er som regel mindre enn gjennomsnittet for kometer i Jupiter-familien og Oort-skyen (fig. 4). De lavere δD-verdiene for CI-kondrittene kan gjenspeile påvirkningen av terrestrisk forurensning i disse prøvene. Gitt likhetene mellom Bells, Tagish-sjøen og IDP, kan den store heterogeniteten i δD- og δN-verdier i Ryugu-partikler gjenspeile endringer i de innledende isotopiske signaturene til organiske og vandige sammensetninger i det tidlige solsystemet. De lignende isotopiske endringene i δD og δN i Ryugu- og IDP-partikler antyder at begge kan ha blitt dannet fra materiale fra samme kilde. Det antas at IDP-er stammer fra kometære kilder 14. Derfor kan Ryugu inneholde kometlignende materiale og/eller i det minste det ytre solsystemet. Dette kan imidlertid være vanskeligere enn vi angir her på grunn av (1) blandingen av sfærulittisk og D-rikt vann på moderlegemet 31 og (2) kometens D/H-forhold som en funksjon av kometaktivitet 32. Årsakene til den observerte heterogeniteten av hydrogen- og nitrogenisotoper i Ryugu-partikler er imidlertid ikke fullt ut forstått, delvis på grunn av det begrensede antallet analyser som er tilgjengelige i dag. Resultatene fra hydrogen- og nitrogenisotopsystemer reiser fortsatt muligheten for at Ryugu inneholder mesteparten av materialet utenfra solsystemet og dermed kan vise en viss likhet med kometer. Ryugu-profilen viste ingen tydelig korrelasjon mellom δ13C og δ15N (tilleggstabell 4).
Den totale isotopiske sammensetningen av H og N i Ryugu-partikler (røde sirkler: A0002, A0037; blå sirkler: C0068) korrelerer med solmagnitude 27, Jupiter-middelfamilien (JFC27) og Oort-skykometer (OCC27), IDP28 og karbonholdige kondruler. Sammenligning av meteoritt 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Isotopisk sammensetning er gitt i tilleggstabell 4. De stiplede linjene er de terrestriske isotopverdiene for H og N.
Transporten av flyktige stoffer (f.eks. organisk materiale og vann) til jorden er fortsatt en bekymring26,27,33. Submikron organisk materiale assosiert med grove fyllosilikater i Ryugu-partikler identifisert i denne studien kan være en viktig kilde til flyktige stoffer. Organisk materiale i grovkornede fyllosilikater er bedre beskyttet mot nedbrytning16,34 og forråtnelse35 enn organisk materiale i finkornede matriser. Den tyngre isotopiske sammensetningen av hydrogen i partiklene betyr at de sannsynligvis ikke er den eneste kilden til flyktige stoffer som ble fraktet til den tidlige jorden. De kan blandes med komponenter med en lettere hydrogenisotopisk sammensetning, slik det nylig ble foreslått i hypotesen om tilstedeværelsen av solvinddrevet vann i silikater.
I denne studien viser vi at CI-meteoritter, til tross for deres geokjemiske betydning som representanter for den totale sammensetningen av solsystemet,6,10 er terrestriske forurensede prøver. Vi gir også direkte bevis for interaksjoner mellom rikt alifatisk organisk materiale og nærliggende vannholdige mineraler, og antyder at Ryugu kan inneholde ekstrasolart materiale37. Resultatene av denne studien demonstrerer tydelig viktigheten av direkte prøvetaking av protosteroider og behovet for å transportere returnerte prøver under fullstendig inerte og sterile forhold. Bevisene som presenteres her viser at Ryugu-partikler utvilsomt er et av de mest uforurensede materialene i solsystemet som er tilgjengelige for laboratorieforskning, og videre studier av disse verdifulle prøvene vil utvilsomt utvide vår forståelse av tidlige prosesser i solsystemet. Ryugu-partikler er den beste representasjonen av den totale sammensetningen av solsystemet.
For å bestemme den komplekse mikrostrukturen og de kjemiske egenskapene til prøver på submikronskala, brukte vi synkrotronstrålingsbasert computertomografi (SR-XCT) og SR røntgendiffraksjon (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM-analyse. Ingen nedbrytning, forurensning på grunn av jordens atmosfære, og ingen skade fra fine partikler eller mekaniske prøver. I mellomtiden har vi utført systematisk volumetrisk analyse ved hjelp av skanningselektronmikroskopi (SEM)-EDS, EPMA, XRD, instrumentell nøytronaktiveringsanalyse (INAA) og laserutstyr for oksygenisotopfluorering. Analyseprosedyrene er vist i tilleggsfigur 3, og hver analyse er beskrevet i de følgende avsnittene.
Partikler fra asteroiden Ryugu ble gjenvunnet fra Hayabusa-2-reentrymodulen og levert til JAXA-kontrollsenteret i Sagamihara, Japan, uten å forurense jordens atmosfære4. Etter innledende og ikke-destruktiv karakterisering ved et JAXA-administrert anlegg, bruk forseglingsbare overføringsbeholdere mellom stedene og prøvekapselposer (safirglass med 10 eller 15 mm diameter og rustfritt stål, avhengig av prøvestørrelse) for å unngå miljøforstyrrelser, miljø, y og/eller grunnforurensninger (f.eks. vanndamp, hydrokarboner, atmosfæriske gasser og fine partikler) og krysskontaminering mellom prøver under prøveforberedelse og transport mellom institutter og universiteter38. For å unngå nedbrytning og forurensning på grunn av interaksjon med jordens atmosfære (vanndamp og oksygen), ble alle typer prøvepreparering (inkludert flising med tantalmeisel, bruk av en balansert diamantsag (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) og skjæreepoksy) og forberedelse til installasjon) utført i hanskerommet under ren, tørr N2 (duggpunkt: -80 til -60 °C, O2 ~50–100 ppm). Alle gjenstander som brukes her, rengjøres med en kombinasjon av ultrarent vann og etanol ved hjelp av ultralydbølger med forskjellige frekvenser.
Her studerer vi meteorittsamlingen tilhørende National Polar Research Institute (NIPR) ved Antarctic Meteorite Research Center (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 og CY: Y 980115).
For overføring mellom instrumenter for SR-XCT-, NanoSIMS-, STXM-NEXAFS- og TEM-analyse brukte vi den universelle ultratynne prøveholderen beskrevet i tidligere studier .
SR-XCT-analyse av Ryugu-prøver ble utført ved hjelp av det integrerte CT-systemet BL20XU/SPring-8. Det integrerte CT-systemet består av ulike målemoduser: bredt synsfelt og lav oppløsningsmodus (WL) for å fange hele strukturen til prøven, smalt synsfelt og høy oppløsningsmodus (NH) for nøyaktig måling av prøvearealet. Bruk interesse og røntgenbilder for å få et diffraksjonsmønster av prøvevolumet, og utfør XRD-CT for å få et 2D-diagram av mineralfasene i prøven i det horisontale planet. Merk at alle målinger kan utføres uten å bruke det innebygde systemet for å fjerne prøveholderen fra basen, noe som gir nøyaktige CT- og XRD-CT-målinger. WL-modus røntgendetektoren (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) var utstyrt med et ekstra 4608 × 4608 piksler metalloksid-halvleder (CMOS)-kamera (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) med en scintillator bestående av 10 lutetiumaluminiumgranat-enkrystalltykkelse µm (Lu3Al5O12:Ce) og en relélinse. Pikselstørrelsen i WL-modus er omtrent 0,848 µm. Dermed er synsfeltet (FOV) i WL-modus omtrent 6 mm i offset CT-modus. NH-modus røntgendetektoren (BM AA50; Hamamatsu Photonics) var utstyrt med en 20 µm tykk gadolinium-aluminium-galliumgranat (Gd3Al2Ga3O12) scintillator, et CMOS-kamera (C11440-22CU) med en oppløsning på 2048 × 2048 piksler; Hamamatsu Photonics) og en ×20-linse. Pikselstørrelsen i NH-modus er ~0,25 µm og synsfeltet er ~0,5 mm. Detektoren for XRD-modus (BM AA60; Hamamatsu Photonics) var utstyrt med en scintillator bestående av en 50 µm tykk P43 (Gd2O2S:Tb) pulverskjerm, et CMOS-kamera med 2304 × 2304 pikslers oppløsning (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) og en relélinse. Detektoren har en effektiv pikselstørrelse på 19,05 µm og et synsfelt på 43,9 mm2. For å øke synsfeltet brukte vi en offset CT-prosedyre i WL-modus. Det transmitterte lysbildet for CT-rekonstruksjon består av et bilde i området 180° til 360° reflektert horisontalt rundt rotasjonsaksen, og et bilde i området 0° til 180°.
I XRD-modus fokuseres røntgenstrålen av en Fresnel-soneplate. I denne modusen er detektoren plassert 110 mm bak prøven, og strålestoppet er 3 mm foran detektoren. Diffraksjonsbilder i 2θ-området fra 1,43° til 18,00° (gittervinkel d = 16,6–1,32 Å) ble oppnådd med røntgenpunktet fokusert nederst i detektorens synsfelt. Prøven beveger seg vertikalt med jevne mellomrom, med en halv omdreining for hvert vertikale skannetrinn. Hvis mineralpartiklene oppfyller Bragg-betingelsen når de roteres 180°, er det mulig å oppnå diffraksjon av mineralpartiklene i horisontalplanet. Diffraksjonsbildene ble deretter kombinert til ett bilde for hvert vertikale skannetrinn. SR-XRD-CT-analysebetingelsene er nesten de samme som for SR-XRD-analysen. I XRD-CT-modus er detektoren plassert 69 mm bak prøven. Diffraksjonsbilder i 2θ-området varierer fra 1,2° til 17,68° (d = 19,73 til 1,35 Å), der både røntgenstrålen og strålebegrenseren er på linje med midten av detektorens synsfelt. Skann prøven horisontalt og roter prøven 180°. SR-XRD-CT-bildene ble rekonstruert med toppmineralintensiteter som pikselverdier. Med horisontal skanning skannes prøven vanligvis i trinn på 500–1000.
For alle eksperimentene ble røntgenenergien fastsatt til 30 keV, siden dette er den nedre grensen for røntgenpenetrasjon inn i meteoritter med en diameter på omtrent 6 mm. Antall bilder tatt for alle CT-målinger under 180° rotasjon var 1800 (3600 for offset CT-programmet), og eksponeringstiden for bildene var 100 ms for WL-modus, 300 ms for NH-modus, 500 ms for XRD og 50 ms for XRD-CT. Typisk prøveskanningstid er omtrent 10 minutter i WL-modus, 15 minutter i NH-modus, 3 timer for XRD og 8 timer for SR-XRD-CT.
CT-bilder ble rekonstruert ved konvolusjonell tilbakeprojeksjon og normalisert for en lineær dempningskoeffisient fra 0 til 80 cm⁻¹. Slice-programvaren ble brukt til å analysere 3D-dataene, og muXRD-programvaren ble brukt til å analysere XRD-dataene.
Epoksyfikserte Ryugu-partikler (A0029, A0037, C0009, C0014 og C0068) ble gradvis polert på overflaten til nivået av en 0,5 µm (3M) diamantoverlappende film under tørre forhold, slik at materialet ikke kom i kontakt med overflaten under poleringsprosessen. Den polerte overflaten av hver prøve ble først undersøkt med lysmikroskopi og deretter med tilbakespredte elektroner for å oppnå mineralogi- og teksturbilder (BSE) av prøvene og kvalitative NIPR-elementer ved bruk av en JEOL JSM-7100F SEM utstyrt med et energidispersivt spektrometer (AZtec). For hver prøve ble innholdet av hoved- og mindre elementer analysert ved hjelp av en elektronprobe-mikroanalysator (EPMA, JEOL JXA-8200). Analyser fyllosilikat- og karbonatpartikler ved 5 nA, naturlige og syntetiske standarder ved 15 keV, sulfider, magnetitt, olivin og pyroksen ved 30 nA. Modale karakterer ble beregnet fra elementkart og BSE-bilder ved hjelp av ImageJ 1.53-programvaren med passende terskler vilkårlig satt for hvert mineral.
Oksygenisotopanalyse ble utført ved Open University (Milton Keynes, Storbritannia) ved hjelp av et infrarødt laserfluoreringssystem. Hayabusa2-prøvene ble levert til Open University 38 i nitrogenfylte beholdere for overføring mellom anlegg.
Prøveinnlasting ble utført i en nitrogenhanskeboks med et overvåket oksygennivå under 0,1 %. For Hayabusa2-analytisk arbeid ble det produsert en ny Ni-prøveholder, bestående av kun to prøvehull (diameter 2,5 mm, dybde 5 mm), ett for Hayabusa2-partikler og det andre for obsidian intern standard. Under analysen ble prøvebrønnen som inneholdt Hayabusa2-materialet dekket med et internt BaF2-vindu som var omtrent 1 mm tykt og 3 mm i diameter for å holde prøven under laserreaksjonen. BrF5-strømmen til prøven ble opprettholdt av en gassblandingskanal kuttet i Ni-prøveholderen. Prøvekammeret ble også omkonfigurert slik at det kunne fjernes fra vakuumfluoreringslinjen og deretter åpnes i en nitrogenfylt hanskeboks. Det todelte kammeret ble forseglet med en kobberpakning og en EVAC Quick Release CeFIX 38-kjedeklemme. Et 3 mm tykt BaF2-vindu på toppen av kammeret muliggjør samtidig observasjon av prøven og laseroppvarming. Etter innlasting av prøven, klem kammeret igjen og koble det til den fluorerte linjen igjen. Før analyse ble prøvekammeret varmet opp under vakuum til omtrent 95 °C over natten for å fjerne eventuell adsorbert fuktighet. Etter oppvarming over natten fikk kammeret avkjøles til romtemperatur, og deretter ble den delen som ble eksponert for atmosfæren under prøveoverføringen renset med tre alikvoter BrF5 for å fjerne fuktighet. Disse prosedyrene sikrer at Hayabusa 2-prøven ikke blir eksponert for atmosfæren og ikke blir forurenset av fuktighet fra den delen av den fluorerte ledningen som ventileres til atmosfæren under prøvelasting.
Ryugu C0014-4 og Orgueil (CI) partikkelprøver ble analysert i en modifisert "enkelt" modus42, mens Y-82162 (CY) analyse ble utført på et enkelt brett med flere prøvebrønner41. På grunn av deres vannfrie sammensetning er det ikke nødvendig å bruke én enkelt metode for CY-kondritter. Prøvene ble varmet opp ved hjelp av en Photon Machines Inc. infrarød CO2-laser med en effekt på 50 W (10,6 µm) montert på XYZ-gantryen i nærvær av BrF5. Det innebygde videosystemet overvåker reaksjonsforløpet. Etter fluorering ble den frigjorte O2 skrubbet ved hjelp av to kryogene nitrogenfeller og et oppvarmet sjikt av KBr for å fjerne overflødig fluor. Den isotopiske sammensetningen av renset oksygen ble analysert på et Thermo Fisher MAT 253 tokanals massespektrometer med en masseoppløsning på omtrent 200.
I noen tilfeller var mengden gassformig O2 som ble frigjort under reaksjonen av prøven mindre enn 140 µg, som er den omtrentlige grensen for bruk av belganordningen på MAT 253 massespektrometer. I disse tilfellene brukes mikrovolumer til analyse. Etter analyse av Hayabusa2-partiklene ble obsidianens interne standard fluorert og oksygenisotopsammensetningen bestemt.
Ioner av NF+ NF3+ fragmentet interfererer med strålen med masse 33 (16O17O). For å eliminere dette potensielle problemet blir de fleste prøvene behandlet ved hjelp av kryogene separasjonsprosedyrer. Dette kan gjøres i fremoverretning før MAT 253-analysen eller som en andre analyse ved å returnere den analyserte gassen tilbake til den spesielle molekylsilen og sende den tilbake etter den kryogene separasjonen. Kryogen separasjon innebærer å tilføre gass til en molekylsil ved flytende nitrogentemperatur og deretter tømme den ut i en primær molekylsil ved en temperatur på -130 °C. Omfattende testing har vist at NF+ forblir på den første molekylsilen, og ingen signifikant fraksjonering skjer ved bruk av denne metoden.
Basert på gjentatte analyser av våre interne obsidianstandarder, er systemets totale nøyaktighet i belgmodus: ±0,053‰ for δ17O, ±0,095‰ for δ18O, ±0,018‰ for Δ17O (2 standardavvik). Oksygenisotopanalyse er gitt i standard delta-notasjon, hvor delta18O beregnes som:
Bruk også forholdet 17O/16O for δ17O. VSMOW er den internasjonale standarden for Wienerstandarden for sjøvann. Δ17O representerer avviket fra jordens fraksjoneringslinje, og beregningsformelen er: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Alle data presentert i tilleggstabell 3 er gap-justert.
Snitt på omtrent 150 til 200 nm tykkelse ble ekstrahert fra Ryugu-partikler ved hjelp av et Hitachi High Tech SMI4050 FIB-instrument ved JAMSTEC, Kochi Core Sampling Institute. Merk at alle FIB-snitt ble gjenvunnet fra ubehandlede fragmenter av ubehandlede partikler etter å ha blitt fjernet fra N2-gassfylte beholdere for overføring mellom objekter. Disse fragmentene ble ikke målt med SR-CT, men ble behandlet med minimal eksponering for jordens atmosfære for å unngå potensiell skade og forurensning som kunne påvirke karbon K-kantspekteret. Etter avsetning av et wolframbeskyttende lag ble interesseområdet (opptil 25 × 25 μm2) kuttet og tynnet med en Ga+-ionstråle ved en akselerasjonsspenning på 30 kV, deretter ved 5 kV og en sondestrøm på 40 pA for å minimere overflateskade. De ultratynne snittene ble deretter plassert på et forstørret kobbernett (Kochi-nett) 39 ved hjelp av en mikromanipulator utstyrt med FIB.
Ryugu A0098 (1,6303 mg) og C0068 (0,6483 mg) pellets ble forseglet to ganger i rene, høyrente polyetylenplater i en hanskeboks fylt med rent nitrogen på SPring-8 uten noen interaksjon med jordens atmosfære. Prøvepreparering for JB-1 (en geologisk referansebergart utstedt av Geological Survey of Japan) ble utført ved Tokyo Metropolitan University.
INAA holdes ved Institute for Integrated Radiation and Nuclear Sciences, Kyoto University. Prøvene ble bestrålt to ganger med forskjellige bestrålingssykluser valgt i henhold til halveringstiden til nuklidet som ble brukt til elementkvantifisering. Først ble prøven bestrålt i et pneumatisk bestrålingsrør i 30 sekunder. Flukser av termiske og raske nøytroner i figur 3 er henholdsvis 4,6 × 1012 og 9,6 × 1011 cm-2 s-1 for å bestemme innholdet av Mg, Al, Ca, Ti, V og Mn. Kjemikalier som MgO (99,99 % renhet, Soekawa Chemical), Al (99,9 % renhet, Soekawa Chemical) og Si-metall (99,999 % renhet, FUJIFILM Wako Pure Chemical) ble også bestrålt for å korrigere for interfererende kjernereaksjoner som (n, n). Prøven ble også bestrålt med natriumklorid (99,99 % renhet; MANAC) for å korrigere for endringer i nøytronfluks.
Etter nøytronbestråling ble det ytre polyetylenarket erstattet med et nytt, og gammastrålingen som ble sendt ut av prøven og referansen ble umiddelbart målt med en Ge-detektor. De samme prøvene ble bestrålt på nytt i 4 timer i et pneumatisk bestrålingsrør. 2 har termiske og raske nøytronflukser på henholdsvis 5,6 x 1012 og 1,2 x 1012 cm-2 s-1 for bestemmelse av Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, innhold av Se, Sb, Os, Ir og Au. Kontrollprøver av Ga, As, Se, Sb, Os, Ir og Au ble bestrålt ved å påføre passende mengder (fra 10 til 50 μg) standardløsninger med kjente konsentrasjoner av disse elementene på to filterpapirbiter, etterfulgt av bestråling av prøvene. Gammastråletellingen ble utført ved Institute of Integrated Radiation and Nuclear Sciences, Kyoto University og RI Research Center, Tokyo Metropolitan University. Analytiske prosedyrer og referansematerialer for kvantitativ bestemmelse av INAA-elementer er de samme som beskrevet i vårt tidligere arbeid.
Et røntgendiffraktometer (Rigaku SmartLab) ble brukt til å samle diffraksjonsmønstrene til Ryugu-prøvene A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) og C0087 (<1 mg) ved NIPR. Et røntgendiffraktometer (Rigaku SmartLab) ble brukt til å samle diffraksjonsmønstrene til Ryugu-prøvene A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) og C0087 (<1 mg) ved NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин образцов Ryugu A0029 (<1 мг) (<1 мг) (<1 мг), A0037 (7 мг), A0037 (7) мг) i NIPR. Et røntgendiffraktometer (Rigaku SmartLab) ble brukt til å samle diffraksjonsmønstre av Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) og C0087 (<1 mg) prøver i 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) 爄倍。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) 爄倍。 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) og C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использоватанием (Rigaku SmartLab). Røntgendiffraksjonsmønstre for prøvene Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) og C0087 (<1 mg) ble innhentet ved NIPR ved bruk av et røntgendiffraktometer (Rigaku SmartLab).Alle prøvene ble malt til et fint pulver på en ikke-reflekterende silisiumwafer ved hjelp av en safirglassplate og deretter fordelt jevnt på den ikke-reflekterende silisiumwaferen uten væske (vann eller alkohol). Målebetingelsene er som følger: Cu Kα røntgenstråling genereres ved en rørspenning på 40 kV og en rørstrøm på 40 mA, den begrensende spaltelengden er 10 mm, divergensvinkelen er (1/6)°, rotasjonshastigheten i planet er 20 o/min, og området 2θ (dobbel Bragg-vinkel) er 3–100° og tar omtrent 28 timer å analysere. Bragg Brentano-optikk ble brukt. Detektoren er en endimensjonal silisiumhalvlederdetektor (D/teX Ultra 250). Røntgenstråler av Cu Kβ ble fjernet ved hjelp av et Ni-filter. Ved hjelp av tilgjengelige prøver ble målinger av syntetisk magnesiansaponitt (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentin (bladserpentin, Miyazu, Nikka) og pyrrhotitt (monoklinisk 4C, Chihua, Mexico Watts) sammenlignet for å identifisere topper og bruke pulverfildata, diffraksjonsdata fra International Center for Diffraction Data, dolomitt (PDF 01-071-1662) og magnetitt (PDF 00-019-0629). Diffraksjonsdata fra Ryugu ble også sammenlignet med data om hydroaltererte karbonholdige kondritter, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 og Y 980115 CY (oppvarmingstrinn III, 500–750 °C). Sammenligningen viste likheter med Orgueil, men ikke med Y-791198 og Y 980115.
NEXAFS-spektre med karbonkant K av ultratynne snitt av prøver laget av FIB ble målt ved hjelp av STXM BL4U-kanalen ved UVSOR-synkrotronanlegget ved Institute of Molecular Sciences (Okazaki, Japan). Punktstørrelsen til en stråle optisk fokusert med en Fresnel-soneplate er omtrent 50 nm. Energitrinnet er 0,1 eV for den fine strukturen i nærkantområdet (283,6–292,0 eV) og 0,5 eV (280,0–283,5 eV og 292,5–300,0 eV) for regionenes front- og bakfronter. Tiden for hver bildepiksel ble satt til 2 ms. Etter evakuering ble STXM-analysekammeret fylt med helium ved et trykk på omtrent 20 mbar. Dette bidrar til å minimere termisk drift av røntgenoptikkutstyret i kammeret og prøveholderen, samt å redusere prøveskade og/eller oksidasjon. NEXAFS K-edge karbonspektre ble generert fra stablede data ved hjelp av aXis2000-programvare og proprietær STXM-databehandlingsprogramvare. Merk at prøveoverføringskassen og hanskerommet brukes for å unngå oksidasjon og kontaminering av prøven.
Etter STXM-NEXAFS-analyse ble den isotopiske sammensetningen av hydrogen, karbon og nitrogen i Ryugu FIB-skiver analysert ved hjelp av isotopavbildning med en JAMSTEC NanoSIMS 50L. En fokusert Cs+ primærstråle på omtrent 2 pA for karbon- og nitrogenisotopanalyse og omtrent 13 pA for hydrogenisotopanalyse rasteriseres over et område på omtrent 24 × 24 µm² til 30 × 30 µm² på prøven. Etter en 3-minutters forspraying med en relativt sterk primærstrålestrøm, ble hver analyse startet etter stabilisering av sekundærstrålens intensitet. For analysen av karbon- og nitrogenisotoper ble bilder av 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– og 12C15N– oppnådd samtidig ved hjelp av syv-elektronmultiplikatormultipleksdeteksjon med en masseoppløsning på omtrent 9000, noe som er tilstrekkelig til å separere alle relevante isotopforbindelser. interferens (dvs. 12C1H på 13C og 13C14N på 12C15N). For analyse av hydrogenisotoper ble det tatt 1H-, 2D- og 12C-bilder med en masseoppløsning på omtrent 3000 med multippel deteksjon ved bruk av tre elektronmultiplikatorer. Hver analyse består av 30 skannede bilder av samme område, med ett bilde bestående av 256 × 256 piksler for karbon- og nitrogenisotopanalyse og 128 × 128 piksler for hydrogenisotopanalyse. Forsinkelsestiden er 3000 µs per piksel for karbon- og nitrogenisotopanalyse og 5000 µs per piksel for hydrogenisotopanalyse. Vi har brukt 1-hydroksybenzotriazolhydrat som hydrogen-, karbon- og nitrogenisotopstandarder for å kalibrere instrumentell massefraksjonering45.
For å bestemme silisiumisotopsammensetningen til presolar grafitt i FIB C0068-25-profilen, brukte vi seks elektronmultiplikatorer med en masseoppløsning på omtrent 9000. Bildene består av 256 × 256 piksler med en forsinkelsestid på 3000 µs per piksel. Vi kalibrerte et massefraksjoneringsinstrument ved hjelp av silisiumskiver som hydrogen-, karbon- og silisiumisotopstandarder.
Isotopbilder ble behandlet ved hjelp av NASAs NanoSIMS45-bildebehandlingsprogramvare. Dataene ble korrigert for elektronmultiplikatordødtid (44 ns) og kvasi-samtidige ankomsteffekter. Ulik skannejustering for hvert bilde for å korrigere for bildedrift under opptak. Det endelige isotopbildet lages ved å legge til sekundære ioner fra hvert bilde for hver skannepiksel.
Etter STXM-NEXAFS- og NanoSIMS-analyse ble de samme FIB-seksjonene undersøkt ved hjelp av et transmisjonselektronmikroskop (JEOL JEM-ARM200F) ved en akselerasjonsspenning på 200 kV ved Kochi, JAMSTEC. Mikrostrukturen ble observert ved hjelp av et lysfelt-TEM og et høyvinkel-skannings-TEM i et mørkt felt. Mineralfaser ble identifisert ved punktelektrondiffraksjon og gitterbåndavbildning, og kjemisk analyse ble utført med EDS med en 100 mm2 silisiumdriftdetektor og JEOL Analysis Station 4.30-programvare. For kvantitativ analyse ble den karakteristiske røntgenintensiteten for hvert element målt i TEM-skanningsmodus med en fast datainnsamlingstid på 30 s, et stråleskanningsområde på ~100 × 100 nm2 og en strålestrøm på 50 pA. Forholdet (Si + Al)-Mg-Fe i lagdelte silikater ble bestemt ved hjelp av den eksperimentelle koeffisienten k, korrigert for tykkelse, oppnådd fra en standard naturlig pyropagranat.
Alle bilder og analyser som ble brukt i denne studien er tilgjengelige på JAXA Data Archiving and Communication System (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Denne artikkelen inneholder de originale dataene.
Kitari, K. et al. Overflatesammensetningen til asteroiden 162173 Ryugu observert av Hayabusa2 NIRS3-instrumentet. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Yamato-type karbonholdige kondritter (CY): analoger av Ryugu-asteroideoverflaten? Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al. Den første komposisjonsanalysen av Ryugu-prøver ble utført ved hjelp av et MicroOmega hyperspektralmikroskop. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. et al. Foreløpig analyse av Hyabusa2-prøven returnert fra C-type asteroiden Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).