Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea browserului pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru o experiență optimă, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, vom reda site-ul fără stiluri și JavaScript.
Volatili și bogați în materie organică, asteroizii de tip C ar putea fi una dintre principalele surse de apă de pe Pământ. În prezent, condritele purtătoare de carbon oferă cea mai bună idee despre compoziția lor chimică, însă informațiile despre meteoriți sunt distorsionate: doar cele mai durabile tipuri supraviețuiesc intrării în atmosferă și apoi interacționării cu mediul terestru. Aici prezentăm rezultatele unui studiu volumetric și microanalitic detaliat al particulei primare Ryugu aduse pe Pământ de sonda spațială Hayabusa-2. Particulele Ryugu prezintă o compoziție apropiată de condritele CI (tip Iwuna) nefracționate chimic, dar alterate de apă, care sunt utilizate pe scară largă ca indicator al compoziției generale a sistemului solar. Acest specimen prezintă o relație spațială complexă între substanțele organice alifatice bogate și silicații stratificați și indică o temperatură maximă de aproximativ 30 °C în timpul eroziunii apei. Am găsit o abundență de deuteriu și diazoniu, compatibilă cu o origine extrasolară. Particulele Ryugu sunt cel mai necontaminat și inseparabil material extraterestru studiat vreodată și se potrivesc cel mai bine compoziției generale a sistemului solar.
Din iunie 2018 până în noiembrie 2019, sonda spațială Hayabusa2, a Agenției Japoneze de Explorare Aerospațială (JAXA), a efectuat un studiu extins de la distanță al asteroidului Ryugu. Datele de la Spectrometrul în Infraroșu Apropiat (NIRS3) de la Hayabusa-2 sugerează că Ryugu ar putea fi compus dintr-un material similar condritelor carbonice metamorfice termic și/sau prin șoc. Cea mai apropiată potrivire este condrita CY (tip Yamato) 2. Albedo-ul scăzut al lui Ryugu poate fi explicat prin prezența unui număr mare de componente bogate în carbon, precum și prin dimensiunea particulelor, porozitatea și efectele de alterare spațială. Sonda spațială Hayabusa-2 a efectuat două aterizări și a colectat probe pe Ryuga. În timpul primei aterizări, din 21 februarie 2019, a fost obținut material de suprafață, care a fost depozitat în compartimentul A al capsulei de retur, iar în timpul celei de-a doua aterizări, din 11 iulie 2019, a fost colectat material în apropierea unui crater artificial format de un mic impact portabil. Aceste probe sunt depozitate în Secția C. Caracterizarea inițială nedistructivă a particulelor din Etapa 1, în camere speciale, necontaminate și umplute cu azot pur, din cadrul instalațiilor gestionate de JAXA, a indicat faptul că particulele Ryugu erau cele mai similare cu condritele CI4 și prezentau „diverse niveluri de variație”3. Clasificarea aparent contradictorie a particulelor Ryugu, similară cu condritele CY sau CI, poate fi rezolvată doar printr-o caracterizare izotopică, elementară și mineralogică detaliată a particulelor Ryugu. Rezultatele prezentate aici oferă o bază solidă pentru a determina care dintre aceste două explicații preliminare pentru compoziția generală a asteroidului Ryugu este cea mai probabilă.
Opt pelete Ryugu (aproximativ 60 mg în total), patru din Camera A și patru din Camera C, au fost alocate Fazei 2 pentru a gestiona echipa Kochi. Scopul principal al studiului este de a elucida natura, originea și istoria evolutivă a asteroidului Ryugu și de a documenta asemănările și diferențele cu alte specimene extraterestre cunoscute, cum ar fi condritele, particulele de praf interplanetar (IDP) și cometele care se întorc. Probele au fost colectate de misiunea Stardust a NASA.
Analiza mineralogică detaliată a cinci granule Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 și C0068) a arătat că acestea sunt compuse în principal din filosilicați cu granulație fină și grosieră (~64–88% vol.; Fig. 1a, b, Fig. suplimentară 1) și tabelul suplimentar 1). Filosilicații cu granulație grosieră apar sub formă de agregate penate (de până la zeci de microni) în matrici bogate în filosilicați cu granulație fină (mai puțin de câțiva microni). Particulele de silicat stratificat sunt simbionți serpentină-saponită (Fig. 1c). Harta (Si + Al)-Mg-Fe arată, de asemenea, că matricea de silicat stratificat în vrac are o compoziție intermediară între serpentină și saponită (Fig. 2a, b). Matricea filosilicatică conține minerale carbonatice (~2–21 vol.%), minerale sulfurice (~2,4–5,5 vol.%) și magnetită (~3,6–6,8 vol.%). Una dintre particulele examinate în acest studiu (C0009) conținea o cantitate mică (~0,5 vol.%) de silicați anhidri (olivină și piroxen), ceea ce poate ajuta la identificarea materialului sursă care a alcătuit piatra brută Ryugu5. Acest silicat anhidru este rar în peletele Ryugu și a fost identificat pozitiv doar în peletele C0009. Carbonații sunt prezenți în matrice sub formă de fragmente (mai puțin de câteva sute de microni), în mare parte dolomit, cu cantități mici de carbonat de calciu și brinell. Magnetita apare sub formă de particule izolate, framboide, plăci sau agregate sferice. Sulfurile sunt reprezentate în principal de pirotită sub formă de prisme/plăci hexagonale neregulate sau șipci. Matricea conține o cantitate mare de pentlandit submicronic sau în combinație cu pirotită. Fazele bogate în carbon (cu dimensiunea <10 µm) apar omniprezent în matricea bogată în filosilicat. Fazele bogate în carbon (cu dimensiunea <10 µm) apar omniprezent în matricea bogată în filosilicat. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой филлосилицататататат. Fazele bogate în carbon (cu dimensiunea <10 µm) apar omniprezent în matricea bogată în filosilicat.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. Fazele bogate în carbon (cu dimensiunea <10 µm) predomină în matricea bogată în filosilicat.Alte minerale auxiliare sunt prezentate în Tabelul suplimentar 1. Lista mineralelor determinate din diagrama de difracție cu raze X a amestecului C0087, A0029 și A0037 este foarte consistentă cu cea determinată în condrita CI (Orgueil), dar diferă foarte mult de condritele CY și CM (tip Mighei) (Figura 1 cu date extinse și Figura suplimentară 2). Conținutul total de elemente al granulelor Ryugu (A0098, C0068) este, de asemenea, consistent cu condrita 6 CI (date extinse, Fig. 2 și Tabelul suplimentar 2). În schimb, condritele CM sunt sărace în elemente moderat și foarte volatile, în special Mn și Zn, și mai mari în elemente refractare7. Concentrațiile unor elemente variază foarte mult, ceea ce poate reflecta eterogenitatea inerentă a probei datorită dimensiunii mici a particulelor individuale și a erorii de eșantionare rezultată. Toate caracteristicile petrolologice, mineralogice și elementare indică faptul că granulele Ryugu sunt foarte similare cu condritele CI8,9,10. O excepție notabilă este absența ferihidritei și sulfatului din granulele Ryugu, ceea ce sugerează că aceste minerale din condritele CI s-au format prin meteorizări terestre.
a, Imagine compozită cu raze X a secțiunii lustruite uscat C0068 cu Mg Kα (roșu), Ca Kα (verde), Fe Kα (albastru) și S Kα (galben). Fracția constă din silicați stratificați (roșu: ~88% vol.), carbonați (dolomit; verde deschis: ~1,6% vol.), magnetit (albastru: ~5,3% vol.) și sulfuri (galben: sulfură = ~2,5% vol.). b, imagine a regiunii de contur în electroni retrodifuzați pe a. Bru – imatur; Dole – dolomit; FeS este sulfură de fier; Mag – magnetit; suc – steatit; Srp – serpentină. c, imagine obținută prin microscopie electronică de transmisie (TEM) de înaltă rezoluție a unei intercreșteri tipice de saponită-serpentină, care prezintă benzi de rețea serpentină și saponită de 0,7 nm, respectiv 1,1 nm.
Compoziția matricei și a silicatului stratificat (în %) a particulelor Ryugu A0037 (cercuri roșii continue) și C0068 (cercuri albastre continue) este prezentată în sistemul ternar (Si+Al)-Mg-Fe. a, Rezultatele microanalizei cu sondă electronică (EPMA) reprezentate grafic în raport cu condritele CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16, prezentate în gri pentru comparație. b, Analiza TEM de scanare (STEM) și spectroscopia de raze X cu dispersie de energie (EDS) prezentată pentru comparație cu meteoriții Orgueil9 și Murchison46 și IDP47 hidratat. Au fost analizați filosilicații cu granulație fină și grosieră, evitând particulele mici de sulfură de fier. Liniile punctate din a și b arată liniile de dizolvare ale saponitei și serpentinei. Compoziția bogată în fier din a se poate datora granulelor de sulfură de fier submicronice din granulele de silicat stratificat, ceea ce nu poate fi exclus prin rezoluția spațială a analizei EPMA. Punctele de date cu un conținut de Si mai mare decât saponitul din b pot fi cauzate de prezența unui material amorf bogat în siliciu de dimensiuni nanometrice în interstițiile stratului de filosilicat. Număr de analize: N=69 pentru A0037, N=68 pentru EPMA, N=68 pentru C0068, N=19 pentru A0037 și N=27 pentru C0068 pentru STEM-EDS. c, harta izotopică a particulei trioxi Ryugu C0014-4 comparativ cu valorile condritelor CI (Orgueil), CY (Y-82162) și datele din literatură (CM și C2-ung)41,48,49. Am obținut date pentru meteoriții Orgueil și Y-82162. CCAM este o linie de minerale condritice carbonice anhidre, TFL este o linie de divizare a terenurilor. d, hărți Δ17O și δ18O ale particulei Ryugu C0014-4, condritei CI (Orgueil) și condritei CY (Y-82162) (acest studiu). Δ17O_Ryugu: Valoarea Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Valoarea medie Δ17O pentru Orgueil. Δ17O_Y-82162: Valoarea medie Δ17O pentru Y-82162. Datele CI și CY din literatura de specialitate 41, 48, 49 sunt, de asemenea, prezentate pentru comparație.
Analiza izotopică masică a oxigenului a fost efectuată pe o probă de 1,83 mg de material extras din C0014 granular prin fluorurare cu laser (Metode). Pentru comparație, am analizat șapte copii de Orgueil (CI) (masă totală = 8,96 mg) și șapte copii de Y-82162 (CY) (masă totală = 5,11 mg) (Tabelul suplimentar 3).
În fig. 2d se observă o separare clară a Δ17O și δ18O între particulele medii ponderate ale Orgueil și Ryugu în comparație cu Y-82162. Δ17O al particulei Ryugu C0014-4 este mai mare decât cel al particulei Orgeil, în ciuda suprapunerii la 2 sd. Particulele Ryugu au valori Δ17O mai mari în comparație cu Orgeil, ceea ce poate reflecta poluarea terestră a acestuia din urmă de la căderea sa în 1864. Meteorizarea în mediul terestru11 duce în mod necesar la încorporarea oxigenului atmosferic, aducând analiza generală mai aproape de linia de fracționare terestră (TFL). Această concluzie este în concordanță cu datele mineralogice (discutate anterior) conform cărora granulele Ryugu nu conțin hidrați sau sulfați, în timp ce Orgeil conțin.
Pe baza datelor mineralogice de mai sus, aceste rezultate susțin o asociere între granulele Ryugu și condritele CI, dar exclud o asociere a condritelor CY. Faptul că granulele Ryugu nu sunt asociate cu condritele CY, care prezintă semne clare de mineralogie deshidratată, este derutant. Observațiile orbitale ale particulelor Ryugu par să indice că acestea au suferit deshidratare și, prin urmare, sunt probabil compuse din material CY. Motivele acestei diferențe aparente rămân neclare. O analiză a izotopilor de oxigen a altor particule Ryugu este prezentată într-o lucrare complementară 12. Cu toate acestea, rezultatele acestui set extins de date sunt, de asemenea, în concordanță cu asocierea dintre particulele Ryugu și condritele CI.
Folosind tehnici de microanaliză coordonată (Fig. suplimentară 3), am examinat distribuția spațială a carbonului organic pe întreaga suprafață a fracției de fascicul de ioni focalizat (FIB) C0068.25 (Fig. 3a-f). Spectrele de absorbție cu raze X cu structură fină ale carbonului (NEXAFS) la marginea apropiată din secțiunea C0068.25 prezintă mai multe grupe funcționale - aromatice sau C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), CH4 (287,5 eV) și C(=O)O (288,8 eV) - structura grafenului este absentă la 291,7 eV (Fig. 3a), ceea ce înseamnă un grad scăzut de variație termică. Vârful CH4 puternic (287,5 eV) al substanțelor organice parțiale ale C0068.25 diferă de substanțele organice insolubile ale condritelor carbonice studiate anterior și este mai similar cu IDP14 și particulele cometare obținute prin misiunea Stardust. Un vârf CH puternic la 287,5 eV și un vârf aromatic sau C=C foarte slab la 285,2 eV indică faptul că compușii organici sunt bogați în compuși alifatici (Fig. 3a și Fig. suplimentară 3a). Zonele bogate în compuși organici alifatici sunt localizate în filosilicați cu granulație grosieră, precum și în zone cu o structură de carbon aromatică slabă (sau C=C) (Fig. 3c,d). În schimb, A0037,22 (Fig. suplimentară 3) a arătat parțial un conținut mai scăzut de regiuni bogate în carbon alifatic. Mineralogia subiacentă a acestor granule este bogată în carbonați, similar cu condrita CI 16, sugerând o alterare extinsă a apei sursă (Tabelul suplimentar 1). Condițiile de oxidare vor favoriza concentrații mai mari de grupări funcționale carbonil și carboxil în compușii organici asociați cu carbonați. Distribuția submicronică a substanțelor organice cu structuri de carbon alifatice poate fi foarte diferită de distribuția silicaților stratificați cu granulație grosieră. În meteoritul Lacului Tagish s-au găsit indicii ale prezenței compușilor organici alifatici asociați cu filosilicații-OH. Datele microanalitice coordonate sugerează că materia organică bogată în compuși alifatici ar putea fi răspândită în asteroizii de tip C și strâns asociată cu filosilicații. Această concluzie este în concordanță cu rapoartele anterioare privind CH-urile alifatice/aromatice în particulele Ryugu, demonstrate de MicroOmega, un microscop hiperspectral în infraroșu apropiat. O întrebare importantă și nerezolvată este dacă proprietățile unice ale compușilor organici alifatici bogați în carbon, asociați cu filosilicații cu granulație grosieră observați în acest studiu, se găsesc doar pe asteroidul Ryugu.
a, Spectrele de carbon NEXAFS normalizate la 292 eV în regiunea bogată în substanțe aromatice (C=C) (roșu), în regiunea bogată în substanțe alifatice (verde) și în matrice (albastru). Linia gri reprezintă spectrul organic insolubil Murchison 13 pentru comparație. au, unitate de arbitraj. b, Imagine spectrală de microscopie cu raze X cu transmisie prin scanare (STXM) a unei margini K a carbonului, arătând că secțiunea este dominată de carbon. c, Diagramă compozită RGB cu regiuni bogate în substanțe aromatice (C=C) (roșu), regiuni bogate în substanțe alifatice (verde) și matrice (albastru). d, substanțele organice bogate în compuși alifatici sunt concentrate în filosilicat cu granulație grosieră, zona este mărită față de casetele punctate albe din b și c. e, nanosfere mari (ng-1) în zona mărită față de caseta punctată albă din b și c. Pentru: pirotită. Pn: nichel-cromit. f, Spectrometrie de masă cu ioni secundari la nanoscală (NanoSIMS), imagini elementare cu hidrogen (1H), carbon (12C) și azot (12C14N), imagini cu raportul elementelor 12C/1H și imagini încrucișate cu izotopi δD, δ13C și δ15N – Secțiunea PG-1: grafit presolar cu îmbogățire extremă în 13C (Tabelul suplimentar 4).
Studiile cinetice ale degradării materiei organice în meteoriții Murchison pot oferi informații importante despre distribuția eterogenă a materiei organice alifatice bogate în granule Ryugu. Acest studiu arată că legăturile CH alifatice din materia organică persistă până la o temperatură maximă de aproximativ 30°C la roca-mamă și/sau se modifică în funcție de relațiile timp-temperatură (de exemplu, 200 de ani la 100°C și 0°C 100 de milioane de ani). Dacă precursorul nu este încălzit la o anumită temperatură mai mult de un anumit timp, distribuția originală a substanțelor organice alifatice bogate în filosilicat poate fi păstrată. Cu toate acestea, modificările apei din roca sursă pot complica această interpretare, deoarece A0037, bogată în carbonați, nu prezintă regiuni alifatice bogate în carbon asociate cu filosilicații. Această modificare scăzută a temperaturii corespunde aproximativ prezenței feldspatului cubic în granulele Ryugu (Tabelul suplimentar 1)20.
Fracția C0068.25 (ng-1; Fig. 3a–c,e) conține o nanosferă mare care prezintă spectre puternic aromatice (sau C=C), moderat alifatice și slabe de C(=O)O și C=O. Semnătura carbonului alifatic nu se potrivește cu semnătura substanțelor organice insolubile în vrac și a nanosferelor organice asociate cu condritele (Fig. 3a) 17,21. Analiza spectroscopică Raman și în infraroșu a nanosferelor din Lacul Tagish a arătat că acestea constau din compuși organici alifatici și oxidați și compuși organici aromatici policiclici dezordonați cu o structură complexă 22,23. Deoarece matricea înconjurătoare conține substanțe organice bogate în compuși alifatici, semnătura carbonului alifatic din ng-1 poate fi un artefact analitic. Interesant este că ng-1 conține silicați amorfi încorporați (Fig. 3e), o textură care nu a fost încă raportată pentru nicio substanță organică extraterestră. Silicații amorfi pot fi componente naturale ale ng-1 sau pot rezulta din amorfizarea silicaților apoși/anhidri prin fascicul de ioni și/sau electroni în timpul analizei.
Imaginile ionilor NanoSIMS ale secțiunii C0068.25 (Fig. 3f) prezintă modificări uniforme ale δ13C și δ15N, cu excepția granulelor presolare cu o îmbogățire mare în 13C de 30.811‰ (PG-1 în imaginea δ13C din Fig. 3f) (Tabelul suplimentar 4). Imaginile granulelor elementare cu raze X și imaginile TEM de înaltă rezoluție arată doar concentrația de carbon și distanța dintre planurile bazale de 0,3 nm, care corespunde grafitului. Este de remarcat faptul că valorile lui δD (841 ± 394‰) și δ15N (169 ± 95‰), îmbogățite în materie organică alifatică asociată cu filosilicați cu granulație grosieră, se dovedesc a fi puțin mai mari decât media pentru întreaga regiune C (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) în C0068.25 (Tabelul suplimentar 4). Această observație sugerează că substanțele organice bogate în substanțe alifatice din filosilicații cu granulație grosieră pot fi mai primitive decât substanțele organice înconjurătoare, deoarece acestea din urmă ar fi putut suferi un schimb izotopic cu apa din jur în corpul original. Alternativ, aceste modificări izotopice pot fi, de asemenea, legate de procesul inițial de formare. Se interpretează că silicații stratificați cu granulație fină din condritele CI s-au format ca urmare a modificării continue a clusterelor originale de silicați anhidri cu granulație grosieră. Materia organică bogată în substanțe alifatice s-ar fi putut forma din molecule precursoare în discul protoplanetar sau în mediul interstelar înainte de formarea sistemului solar și apoi a fost ușor modificată în timpul schimbărilor de apă ale corpului părinte Ryugu (mare). Dimensiunea (<1,0 km²) a insulei Ryugu este prea mică pentru a menține suficient căldura internă necesară alterării apoase pentru a forma minerale hidratate25. Dimensiunea (<1,0 km²) a platoului Ryugu este prea mică pentru a menține suficientă căldură internă pentru ca alterarea apoasă să formeze minerale hidratate25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутренне тепло не тепло для но для живать образованием водных минералов25. Dimensiune (<1,0 km) Ryugu este prea mic pentru a menține suficientă căldură internă pentru ca apa să se transforme și să formeze minerale în apă25. 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氩25矿炉 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氩25矿炉 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для изменена зодинения водерживать водных минералов25. Dimensiunea Ryugu (<1,0 km²) este prea mică pentru a susține căldura internă necesară pentru a transforma apa în minerale acvatice25.Prin urmare, ar putea fi necesari predecesori ai meteoriților Ryugu, cu dimensiuni de zeci de kilometri. Materia organică bogată în compuși alifatici își poate păstra raporturile izotopice originale datorită asocierii cu filosilicați cu granulație grosieră. Cu toate acestea, natura exactă a purtătorilor grei izotopici rămâne incertă din cauza amestecării complexe și delicate a diferitelor componente din aceste fracțiuni FIB. Acestea pot fi substanțe organice bogate în compuși alifatici în granulele Ryugu sau filosilicați grosieri care le înconjoară. Rețineți că materia organică din aproape toate condritele carbonice (inclusiv condritele CI) tinde să fie mai bogată în D decât în ​​filosilicați, cu excepția meteoriților CM Paris 24, 26.
Grafice ale volumului δD și δ15N al feliilor FIB obținute pentru feliile FIB A0002.23 și A0002.26, A0037.22 și A0037.23 și C0068.23, C0068.25 și C0068.26 (un total de șapte felii FIB din trei particule Ryugu). O comparație a NanoSIMS cu alte obiecte ale sistemului solar este prezentată în fig. 4 (Tabelul suplimentar 4)27,28. Modificările de volum ale δD și δ15N în profilurile A0002, A0037 și C0068 sunt în concordanță cu cele din IDP, dar mai mari decât în ​​condritele CM și CI (Fig. 4). Rețineți că intervalul valorilor δD pentru eșantionul Cometei 29 (-240 până la 1655‰) este mai mare decât cel al Ryugu. Volumele δD și δ15N ale profilelor Ryukyu sunt, de regulă, mai mici decât media cometelor din familia Jupiter și a Norului Oort (Fig. 4). Valorile mai mici ale δD ale condritelor CI pot reflecta influența contaminării terestre în aceste probe. Având în vedere asemănările dintre Bells, Lacul Tagish și IDP, eterogenitatea mare a valorilor δD și δN în particulele Ryugu poate reflecta modificări ale semnăturilor izotopice inițiale ale compozițiilor organice și apoase din sistemul solar timpuriu. Modificările izotopice similare ale δD și δN în particulele Ryugu și IDP sugerează că ambele s-ar fi putut forma din material provenit din aceeași sursă. Se crede că IDP-urile provin din surse cometare 14. Prin urmare, Ryugu poate conține material asemănător cometei și/sau cel puțin sistemul solar exterior. Totuși, acest lucru poate fi mai dificil decât afirmăm aici din cauza (1) amestecului de apă sferulitică și bogată în D de pe corpul-mamă 31 și (2) raportului D/H al cometei în funcție de activitatea cometară 32. Cu toate acestea, motivele pentru heterogenitatea observată a izotopilor de hidrogen și azot în particulele Ryugu nu sunt pe deplin înțelese, parțial din cauza numărului limitat de analize disponibile astăzi. Rezultatele sistemelor de izotopi de hidrogen și azot ridică încă posibilitatea ca Ryugu să conțină cea mai mare parte a materialului din afara Sistemului Solar și, prin urmare, să prezinte o oarecare similaritate cu cometele. Profilul Ryugu nu a arătat nicio corelație aparentă între δ13C și δ15N (Tabelul suplimentar 4).
Compoziția izotopică generală de H și N a particulelor Ryugu (cercuri roșii: A0002, A0037; cercuri albastre: C0068) se corelează cu magnitudinea solară 27, familia medie a lui Jupiter (JFC27) și cometele din norul Oort (OCC27), IDP28 și condrulele carbonice. Comparație a meteoritului 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Compoziția izotopică este prezentată în tabelul suplimentar 4. Liniile punctate reprezintă valorile izotopice terestre pentru H și N.
Transportul substanțelor volatile (de exemplu, materia organică și apa) către Pământ rămâne o preocupare26,27,33. Materia organică submicronică asociată cu filosilicații grosieri din particulele Ryugu identificate în acest studiu poate fi o sursă importantă de substanțe volatile. Materia organică din filosilicații cu granulație grosieră este mai bine protejată de degradare16,34 și descompunere35 decât materia organică din matricele cu granulație fină. Compoziția izotopică mai grea a hidrogenului din particule înseamnă că este puțin probabil ca acestea să fie singura sursă de substanțe volatile transportate către Pământul timpuriu. Acestea pot fi amestecate cu componente cu o compoziție izotopică de hidrogen mai ușoară, așa cum s-a propus recent în ipoteza prezenței apei conduse de vântul solar în silicați.
În acest studiu, demonstrăm că meteoriții CI, în ciuda importanței lor geochimice ca reprezentanți ai compoziției generale a sistemului solar,6,10 sunt probe terestre contaminate. De asemenea, oferim dovezi directe ale interacțiunilor dintre materia organică alifatică bogată și mineralele hidrate învecinate și sugerăm că Ryugu ar putea conține material extrasolar37. Rezultatele acestui studiu demonstrează clar importanța prelevării directe de protosteroizi și necesitatea transportului probelor returnate în condiții complet inerte și sterile. Dovezile prezentate aici arată că particulele Ryugu sunt, fără îndoială, unul dintre cele mai necontaminate materiale ale sistemului solar disponibile pentru cercetarea de laborator, iar studiul suplimentar al acestor probe prețioase va extinde, fără îndoială, înțelegerea noastră asupra proceselor timpurii ale sistemului solar. Particulele Ryugu sunt cea mai bună reprezentare a compoziției generale a sistemului solar.
Pentru a determina microstructura complexă și proprietățile chimice ale probelor la scară submicronică, am utilizat tomografia computerizată bazată pe radiații sincrotron (SR-XCT) și difracția de raze X SR (XRD)-CT, analiza FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. Fără degradare, poluare datorată atmosferei terestre și fără deteriorare cauzată de particule fine sau probe mecanice. Între timp, am efectuat analize volumetrice sistematice utilizând microscopie electronică cu scanare (SEM)-EDS, EPMA, XRD, analiza instrumentală de activare neutronică (INAA) și echipament de fluorurare cu laser a izotopilor de oxigen. Procedurile de testare sunt prezentate în Figura suplimentară 3, iar fiecare test este descris în secțiunile următoare.
Particulele provenite de la asteroidul Ryugu au fost recuperate din modulul de reintrare Hayabusa-2 și livrate Centrului de Control JAXA din Sagamihara, Japonia, fără a polua atmosfera Pământului4. După caracterizarea inițială și nedistructivă la o instalație administrată de JAXA, s-au folosit recipiente de transfer inter-site etanșabile și pungi cu capsule pentru probe (cristal de safir cu diametrul de 10 sau 15 mm și oțel inoxidabil, în funcție de dimensiunea probei) pentru a evita interferențele cu mediul. contaminanți din mediu și/sau din sol (de exemplu, vapori de apă, hidrocarburi, gaze atmosferice și particule fine) și contaminarea încrucișată între probe în timpul pregătirii probelor și transportului între institute și universități38. Pentru a evita degradarea și poluarea datorată interacțiunii cu atmosfera Pământului (vapori de apă și oxigen), toate tipurile de pregătire a probelor (inclusiv ciobirea cu o daltă de tantal, utilizarea unui ferăstrău cu sârmă diamantată echilibrată (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) și tăierea epoxidului) au fost efectuate în cutie cu mănuși sub N2 curat și uscat (punct de rouă: -80 până la -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Toate articolele utilizate aici sunt curățate cu o combinație de apă ultrapură și etanol folosind unde ultrasonice de diferite frecvențe.
Aici studiem colecția de meteoriți a Institutului Național de Cercetări Polare (NIPR) din cadrul Centrului de Cercetare a Meteoriților din Antarctica (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 și CY: Y 980115).
Pentru transferul între instrumente pentru analiza SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS și TEM, am utilizat suportul universal ultrafin pentru probe descris în studiile anterioare38.
Analiza SR-XCT a probelor Ryugu a fost efectuată utilizând sistemul CT integrat BL20XU/SPring-8. Sistemul CT integrat constă în diverse moduri de măsurare: câmp vizual larg și mod de rezoluție redusă (WL) pentru a capta întreaga structură a probei, câmp vizual îngust și mod de rezoluție înaltă (NH) pentru măsurarea precisă a ariei probei. Analiza SR-XCT poate fi utilizată pentru a măsura spectrometria de interes și radiografii pentru a obține un model de difracție a volumului probei și pentru a efectua XRD-CT pentru a obține o diagramă 2D a fazelor minerale în plan orizontal din probă. Rețineți că toate măsurătorile pot fi efectuate fără a utiliza sistemul încorporat pentru a scoate suportul de probă de pe bază, permițând măsurători CT și XRD-CT precise. Detectorul de raze X în modul WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) a fost echipat cu o cameră CMOS suplimentară de 4608 × 4608 pixeli (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) cu un scintilator format dintr-un monocristal de granat de lutețiu și aluminiu cu grosimea de 10 µm (Lu3Al5O12:Ce) și o lentilă releu. Dimensiunea pixelului în modul WL este de aproximativ 0,848 µm. Astfel, câmpul vizual (FOV) în modul WL este de aproximativ 6 mm în modul CT offset. Detectorul de raze X în modul NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) a fost echipat cu un scintilator din granat de gadoliniu-aluminiu-galiu (Gd3Al2Ga3O12) cu grosimea de 20 µm, o cameră CMOS (C11440-22CU) cu o rezoluție de 2048 × 2048 pixeli; Hamamatsu Photonics) și o lentilă ×20. Dimensiunea pixelului în modul NH este de ~0,25 µm, iar câmpul vizual este de ~0,5 mm. Detectorul pentru modul XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) a fost echipat cu un scintilator format dintr-un ecran de pulbere P43 (Gd2O2S:Tb) cu grosimea de 50 µm, o cameră CMOS cu rezoluție de 2304 × 2304 pixeli (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) și o lentilă releu. Detectorul are o dimensiune efectivă a pixelului de 19,05 µm și un câmp vizual de 43,9 mm2. Pentru a crește câmpul vizual (FOV), am aplicat o procedură CT offset în modul WL. Imaginea cu lumină transmisă pentru reconstrucția CT constă dintr-o imagine în intervalul 180° până la 360° reflectată orizontal în jurul axei de rotație și o imagine în intervalul 0° până la 180°.
În modul XRD, fasciculul de raze X este focalizat de o placă zonală Fresnel. În acest mod, detectorul este plasat la 110 mm în spatele probei, iar opritorul fasciculului este la 3 mm înaintea detectorului. Imaginile de difracție în intervalul 2θ de la 1,43° la 18,00° (pasul rețelei d = 16,6–1,32 Å) au fost obținute cu spotul de raze X focalizat în partea de jos a câmpului vizual al detectorului. Proba se mișcă vertical la intervale regulate, cu o jumătate de rotație pentru fiecare pas de scanare verticală. Dacă particulele minerale îndeplinesc condiția Bragg atunci când sunt rotite cu 180°, este posibil să se obțină difracția particulelor minerale în plan orizontal. Imaginile de difracție au fost apoi combinate într-o singură imagine pentru fiecare pas de scanare verticală. Condițiile de testare SR-XRD-CT sunt aproape aceleași cu cele pentru testul SR-XRD. În modul XRD-CT, detectorul este poziționat la 69 mm în spatele probei. Imaginile de difracție în intervalul 2θ variază de la 1,2° la 17,68° (d = 19,73 până la 1,35 Å), unde atât fasciculul de raze X, cât și limitatorul fasciculului sunt aliniate cu centrul câmpului vizual al detectorului. Scanați proba pe orizontală și rotiți proba cu 180°. Imaginile SR-XRD-CT au fost reconstruite cu intensitățile minerale de vârf ca valori ale pixelilor. Cu scanarea orizontală, proba este de obicei scanată în pași de 500–1000.
Pentru toate experimentele, energia razelor X a fost fixată la 30 keV, deoarece aceasta este limita inferioară de penetrare a razelor X în meteoriți cu un diametru de aproximativ 6 mm. Numărul de imagini achiziționate pentru toate măsurătorile CT în timpul unei rotații de 180° a fost de 1800 (3600 pentru programul CT offset), iar timpul de expunere pentru imagini a fost de 100 ms pentru modul WL, 300 ms pentru modul NH, 500 ms pentru XRD și 50 ms/ms pentru XRD-CT. Timpul tipic de scanare a eșantionului este de aproximativ 10 minute în modul WL, 15 minute în modul NH, 3 ore pentru XRD și 8 ore pentru SR-XRD-CT.
Imaginile CT au fost reconstruite prin proiecție convoluțională inversă și normalizate pentru un coeficient de atenuare liniară de la 0 la 80 cm-1. Software-ul Slice a fost utilizat pentru analiza datelor 3D, iar software-ul muXRD a fost utilizat pentru analiza datelor XRD.
Particulele Ryugu fixate cu rășină epoxidică (A0029, A0037, C0009, C0014 și C0068) au fost lustruite treptat la suprafață până la nivelul unei pelicule de lepuire cu diamant de 0,5 µm (3M) în condiții uscate, evitând contactul materialului cu suprafața în timpul procesului de lustruire. Suprafața lustruită a fiecărei probe a fost examinată mai întâi prin microscopie optică și apoi prin retrodifuzare a electronilor pentru a obține imagini de mineralogie și textură (BSE) ale probelor și elementelor NIPR calitative utilizând un SEM JEOL JSM-7100F echipat cu un spectrometru de dispersie a energiei (AZtec). Imagine (energie). Pentru fiecare probă, conținutul de elemente majore și minore a fost analizat utilizând un microanalizator cu sondă electronică (EPMA, JEOL JXA-8200). Se analizează particulele de filosilicat și carbonat la 5 nA, standardele naturale și sintetice la 15 keV, sulfurile, magnetita, olivina și piroxenul la 30 nA. Gradele modale au fost calculate din hărțile elementelor și imaginile BSE utilizând software-ul ImageJ 1.53 cu praguri adecvate stabilite arbitrar pentru fiecare mineral.
Analiza izotopilor de oxigen a fost efectuată la Open University (Milton Keynes, Marea Britanie) utilizând un sistem de fluorurare cu laser în infraroșu. Probele Hayabusa2 au fost livrate la Open University 38 în recipiente umplute cu azot pentru transfer între unități.
Încărcarea probei a fost efectuată într-o cutie cu mănuși cu azot, cu un nivel de oxigen monitorizat sub 0,1%. Pentru lucrările analitice Hayabusa2, a fost fabricat un nou suport de probă Ni, format din doar două orificii pentru probă (diametru 2,5 mm, adâncime 5 mm), unul pentru particulele Hayabusa2 și celălalt pentru standardul intern de obsidian. În timpul analizei, godeul pentru probă care conținea materialul Hayabusa2 a fost acoperit cu o fereastră internă BaF2 de aproximativ 1 mm grosime și 3 mm în diametru pentru a menține proba în timpul reacției laser. Fluxul de BrF5 către probă a fost menținut de un canal de amestecare a gazelor tăiat în suportul de probă Ni. Camera pentru probă a fost, de asemenea, reconfigurată astfel încât să poată fi scoasă din linia de fluorurare în vid și apoi deschisă într-o cutie cu mănuși umplută cu azot. Camera din două piese a fost etanșată cu o etanșare prin compresie cu garnitură de cupru și o clemă cu lanț EVAC Quick Release CeFIX 38. O fereastră BaF2 de 3 mm grosime în partea superioară a camerei permite observarea simultană a probei și a încălzirii cu laser. După încărcarea probei, prindeți din nou camera și reconectați-o la linia fluorurată. Înainte de analiză, camera pentru probe a fost încălzită sub vid la aproximativ 95°C peste noapte pentru a îndepărta orice umiditate adsorbită. După încălzire peste noapte, camera a fost lăsată să se răcească la temperatura camerei, iar apoi porțiunea expusă atmosferei în timpul transferului probei a fost purjată cu trei alicote de BrF5 pentru a îndepărta umiditatea. Aceste proceduri asigură că proba Hayabusa 2 nu este expusă atmosferei și nu este contaminată de umiditatea provenită din porțiunea conductei fluorurate care este ventilată în atmosferă în timpul încărcării probei.
Probele de particule Ryugu C0014-4 și Orgueil (CI) au fost analizate într-un mod „single” modificat42, în timp ce analiza Y-82162 (CY) a fost efectuată pe o singură tavă cu mai multe godeuri pentru probe41. Datorită compoziției lor anhidre, nu este necesară utilizarea unei singure metode pentru condritele CY. Probele au fost încălzite folosind un laser cu CO2 în infraroșu de la Photon Machines Inc., cu o putere de 50 W (10,6 µm), montat pe portalul XYZ în prezența BrF5. Sistemul video încorporat monitorizează cursul reacției. După fluorurare, O2 eliberat a fost curățat folosind două capcane criogenice de azot și un pat încălzit de KBr pentru a îndepărta excesul de fluor. Compoziția izotopică a oxigenului purificat a fost analizată pe un spectrometru de masă cu două canale Thermo Fisher MAT 253, cu o rezoluție de masă de aproximativ 200.
În unele cazuri, cantitatea de O2 gazos eliberată în timpul reacției probei a fost mai mică de 140 µg, aceasta fiind limita aproximativă a utilizării dispozitivului cu burduf de pe spectrometrul de masă MAT 253. În aceste cazuri, se utilizează microvolume pentru analiză. După analizarea particulelor Hayabusa2, standardul intern de obsidian a fost fluorurat și s-a determinat compoziția izotopică a oxigenului.
Ionii fragmentului NF+ NF3+ interferează cu fasciculul cu masa 33 (16O17O). Pentru a elimina această problemă potențială, majoritatea probelor sunt procesate folosind proceduri de separare criogenică. Aceasta se poate face în direcția înainte înainte de analiza MAT 253 sau ca o a doua analiză prin returnarea gazului analizat înapoi în sita moleculară specială și trecerea acestuia din nou după separarea criogenică. Separarea criogenică implică alimentarea cu gaz a unei site moleculare la temperatura azotului lichid și apoi descărcarea acestuia într-o sită moleculară primară la o temperatură de -130°C. Teste ample au arătat că NF+ rămâne pe prima sită moleculară și nu are loc nicio fracționare semnificativă folosind această metodă.
Pe baza analizelor repetate ale standardelor noastre interne de obsidian, precizia generală a sistemului în modul burduf este: ±0,053‰ pentru δ17O, ±0,095‰ pentru δ18O, ±0,018‰ pentru Δ17O (2 sd). Analiza izotopilor de oxigen este dată în notația delta standard, unde delta18O se calculează ca:
De asemenea, utilizați raportul 17O/16O pentru δ17O. VSMOW este standardul internațional pentru Standardul Mediu al Apei Mării de la Viena. Δ17O reprezintă abaterea de la linia de fracționare a Pământului, iar formula de calcul este: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Toate datele prezentate în Tabelul suplimentar 3 au fost ajustate în funcție de decalaj.
Secțiuni cu grosimea de aproximativ 150 până la 200 nm au fost extrase din particulele Ryugu folosind un instrument Hitachi High Tech SMI4050 FIB la JAMSTEC, Institutul de Eșantionare a Miezurilor Kochi. Rețineți că toate secțiunile FIB au fost recuperate din fragmente neprocesate de particule neprocesate după ce au fost scoase din vase umplute cu gaz N2 pentru transfer interobiecte. Aceste fragmente nu au fost măsurate prin SR-CT, dar au fost procesate cu o expunere minimă la atmosfera terestră pentru a evita potențialele deteriorări și contaminare care ar putea afecta spectrul marginii K a carbonului. După depunerea unui strat protector de tungsten, regiunea de interes (până la 25 × 25 μm2) a fost tăiată și subțiată cu un fascicul de ioni Ga+ la o tensiune de accelerare de 30 kV, apoi la 5 kV și un curent de sondă de 40 pA pentru a minimiza deteriorarea suprafeței. Secțiunile ultrasubțiri au fost apoi plasate pe o plasă de cupru mărită (plasă Kochi) 39 folosind un micromanipulator echipat cu FIB.
Peletele Ryugu A0098 (1,6303 mg) și C0068 (0,6483 mg) au fost sigilate de două ori în foi de polietilenă pură de înaltă puritate într-o cutie cu mănuși umplută cu azot pur pe SPring-8, fără nicio interacțiune cu atmosfera Pământului. Pregătirea probei pentru JB-1 (o rocă geologică de referință emisă de Serviciul Geologic al Japoniei) a fost efectuată la Universitatea Metropolitană din Tokyo.
INAA se desfășoară la Institutul pentru Radiații Integrate și Științe Nucleare din cadrul Universității Kyoto. Probele au fost iradiate de două ori cu cicluri de iradiere diferite, alese în funcție de timpul de înjumătățire al nuclidului utilizat pentru cuantificarea elementului. Mai întâi, proba a fost iradiată într-un tub pneumatic de iradiere timp de 30 de secunde. Fluxurile de neutroni termici și rapizi din fig. 3 sunt de 4,6 × 1012 și 9,6 × 1011 cm-2 s-1, respectiv, pentru determinarea conținutului de Mg, Al, Ca, Ti, V și Mn. Substanțele chimice precum MgO (puritate 99,99%, Soekawa Chemical), Al (puritate 99,9%, Soekawa Chemical) și Si metalic (puritate 99,999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical) au fost, de asemenea, iradiate pentru a corecta reacțiile nucleare interferente, cum ar fi (n, n). Proba a fost, de asemenea, iradiată cu clorură de sodiu (puritate 99,99%; MANAC) pentru a corecta modificările fluxului de neutroni.
După iradierea cu neutroni, foaia exterioară de polietilenă a fost înlocuită cu una nouă, iar radiația gamma emisă de probă și referință a fost imediat măsurată cu un detector de Ge. Aceleași probe au fost re-iradiate timp de 4 ore într-un tub de iradiere pneumatică. 2 are fluxuri termice și de neutroni rapizi de 5,6 x 1012 și respectiv 1,2 x 1012 cm-2 s-1, pentru determinarea Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, conținutul de Se, Sb, Os, Ir și Au. Probele de control de Ga, As, Se, Sb, Os, Ir și Au au fost iradiate prin aplicarea unor cantități adecvate (de la 10 la 50 μg) de soluții standard cu concentrații cunoscute ale acestor elemente pe două bucăți de hârtie de filtru, urmată de iradierea probelor. Numărarea razelor gamma a fost efectuată la Institutul de Radiații Integrate și Științe Nucleare, Universitatea Kyoto și la Centrul de Cercetare RI, Universitatea Metropolitană Tokyo. Procedurile analitice și materialele de referință pentru determinarea cantitativă a elementelor INAA sunt aceleași cu cele descrise în lucrările noastre anterioare.
Un difractometru de raze X (Rigaku SmartLab) a fost utilizat pentru a colecta modelele de difracție ale probelor Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) și C0087 (<1 mg) la NIPR. Un difractometru de raze X (Rigaku SmartLab) a fost utilizat pentru a colecta modelele de difracție ale probelor Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) și C0087 (<1 mg) la NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин оборазционных (Rigaku обо0вазц1), A0037 (≪1 мг) și C0087 (<1 мг) în NIPR. Un difractometru de raze X (Rigaku SmartLab) a fost utilizat pentru a colecta modelele de difracție ale probelor Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) și C0087 (<1 mg) în 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) 和C0087 (<1 mg) 的品氡品使用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) 和C0087 (<1 mg) 的品氡品 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) și C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с исполов рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Diagramele de difracție cu raze X ale probelor Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) și C0087 (<1 mg) au fost obținute la NIPR utilizând un difractometru cu raze X (Rigaku SmartLab).Toate probele au fost măcinate până la o pulbere fină pe o plachetă de siliciu nereflectorizantă folosind o placă de sticlă de safir și apoi întinse uniform pe placheta de siliciu nereflectorizantă, fără niciun lichid (apă sau alcool). Condițiile de măsurare sunt următoarele: radiația X de Cu Kα este generată la o tensiune a tubului de 40 kV și un curent al tubului de 40 mA, lungimea limită a fantei este de 10 mm, unghiul de divergență este de (1/6)°, viteza de rotație în plan este de 20 rpm, iar intervalul de 2θ (unghi dublu Bragg) este de 3-100° și durează aproximativ 28 de ore pentru analiză. S-a utilizat optică Bragg Brentano. Detectorul este un detector unidimensional cu semiconductori de siliciu (D/teX Ultra 250). Razele X de Cu Kβ au fost îndepărtate folosind un filtru de Ni. Folosind probele disponibile, măsurătorile de saponită magneziană sintetică (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentine (serpentina frunzelor, Miyazu, Nikka) și pirotită (monoclinică 4C, Chihua, Mexic Watts) au fost comparate pentru a identifica vârfurile și a utiliza date de difracție din fișierele de pulbere de la Centrul Internațional pentru Date de Difracție, dolomită (PDF 01-071-1662) și magnetită (PDF 00-019-0629). Datele de difracție de la Ryugu au fost, de asemenea, comparate cu date privind condritele carbonice hidroalterate, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 și Y 980115 CY (stadiul III de încălzire, 500–750°C). Comparația a arătat asemănări cu Orgueil, dar nu și cu Y-791198 și Y 980115.
Spectrele NEXAFS cu marginea de carbon K a secțiunilor ultrafine ale probelor realizate din FIB au fost măsurate utilizând canalul STXM BL4U la instalația de sincrotron UVSOR de la Institutul de Științe Moleculare (Okazaki, Japonia). Dimensiunea spotului unui fascicul focalizat optic cu o placă zonală Fresnel este de aproximativ 50 nm. Treapta de energie este de 0,1 eV pentru structura fină a regiunii marginii apropiate (283,6–292,0 eV) și de 0,5 eV (280,0–283,5 eV și 292,5–300,0 eV) pentru regiunile față și spate. Timpul pentru fiecare pixel de imagine a fost setat la 2 ms. După evacuare, camera analitică STXM a fost umplută cu heliu la o presiune de aproximativ 20 mbar. Acest lucru ajută la minimizarea derivei termice a echipamentului optic cu raze X din cameră și din suportul de probă, precum și la reducerea deteriorării și/sau oxidării probei. Spectrele de carbon NEXAFS K-edge au fost generate din date suprapuse folosind software-ul aXis2000 și software-ul proprietar de procesare a datelor STXM. Rețineți că carcasa de transfer a probelor și cutia cu mănuși sunt utilizate pentru a evita oxidarea și contaminarea probelor.
În urma analizei STXM-NEXAFS, compoziția izotopică a hidrogenului, carbonului și azotului feliilor Ryugu FIB a fost analizată utilizând imagistica izotopică cu un aparat JAMSTEC NanoSIMS 50L. Un fascicul primar focalizat de Cs+ de aproximativ 2 pA pentru analiza izotopilor de carbon și azot și de aproximativ 13 pA pentru analiza izotopilor de hidrogen este rasterizat pe o suprafață de aproximativ 24 × 24 µm2 până la 30 × 30 µm2 pe probă. După o pre-pulverizare de 3 minute la un curent al fasciculului primar relativ puternic, fiecare analiză a fost începută după stabilizarea intensității fasciculului secundar. Pentru analiza izotopilor de carbon și azot, imagini cu 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– și 12C15N– au fost obținute simultan utilizând detecția multiplex cu multiplicator de șapte electroni, cu o rezoluție de masă de aproximativ 9000, ceea ce este suficient pentru a separa toți compușii izotopici relevanți. interferență (adică 12C1H pe 13C și 13C14N pe 12C15N). Pentru analiza izotopilor de hidrogen, s-au obținut imagini 1H-, 2D- și 12C- cu o rezoluție de masă de aproximativ 3000, cu detecție multiplă utilizând trei multiplicatori de electroni. Fiecare analiză constă din 30 de imagini scanate ale aceleiași zone, o imagine constând din 256 × 256 pixeli pentru analiza izotopilor de carbon și azot și 128 × 128 pixeli pentru analiza izotopilor de hidrogen. Timpul de întârziere este de 3000 µs pe pixel pentru analiza izotopilor de carbon și azot și de 5000 µs pe pixel pentru analiza izotopilor de hidrogen. Am utilizat hidrat de 1-hidroxibenzotriazol ca standarde de izotopi de hidrogen, carbon și azot pentru a calibra fracționarea masică instrumentală45.
Pentru a determina compoziția izotopică a siliciului grafitului presolar în profilul FIB C0068-25, am utilizat șase multiplicatori de electroni cu o rezoluție de masă de aproximativ 9000. Imaginile constau din 256 × 256 pixeli cu un timp de întârziere de 3000 µs pe pixel. Am calibrat un instrument de fracționare în masă folosind napolitane de siliciu ca standarde de izotopi de hidrogen, carbon și siliciu.
Imaginile izotopice au fost procesate folosind software-ul de imagistică NanoSIMS45 de la NASA. Datele au fost corectate pentru timpul mort al multiplicatorului de electroni (44 ns) și efectele de sosire cvasi-simultană. Alinierea scanării a fost diferită pentru fiecare imagine pentru a corecta deviația imaginii în timpul achiziției. Imaginea finală cu izotopi este creată prin adăugarea de ioni secundari din fiecare imagine pentru fiecare pixel de scanare.
După analiza STXM-NEXAFS și NanoSIMS, aceleași secțiuni FIB au fost examinate utilizând un microscop electronic de transmisie (JEOL JEM-ARM200F) la o tensiune de accelerare de 200 kV la Kochi, JAMSTEC. Microstructura a fost observată utilizând un TEM în câmp luminos și un TEM cu scanare cu unghi înalt într-un câmp întunecat. Fazele minerale au fost identificate prin difracție electronică spot și imagistică cu bandă de rețea, iar analiza chimică a fost efectuată prin EDS cu un detector de drift de siliciu de 100 mm2 și software-ul JEOL Analysis Station 4.30. Pentru analiza cantitativă, intensitatea caracteristică a razelor X pentru fiecare element a fost măsurată în modul de scanare TEM cu un timp fix de achiziție a datelor de 30 s, o arie de scanare a fasciculului de ~100 × 100 nm2 și un curent al fasciculului de 50 pA. Raportul (Si + Al)-Mg-Fe în silicații stratificați a fost determinat utilizând coeficientul experimental k, corectat pentru grosime, obținut dintr-un standard de piropagarnet natural.
Toate imaginile și analizele utilizate în acest studiu sunt disponibile pe Sistemul de Arhivare și Comunicare a Datelor JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Acest articol oferă datele originale.
Kitari, K. și colab. Compoziția suprafeței asteroidului 162173 Ryugu, observată de instrumentul Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Condrite carbonice de tip Yamato (CY): analogi ai suprafeței asteroidului Ryugu? Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. și colab. Prima analiză compozițională a probelor Ryugu a fost efectuată utilizând un microscop hiperspectral MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. și colab. Analiza preliminară a eșantionului Hyabusa2 provenit de la asteroidul de tip C, Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).