Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web mà không có kiểu dáng và JavaScript.
Tiểu hành tinh loại C dễ bay hơi và giàu vật chất hữu cơ có thể là một trong những nguồn nước chính trên Trái đất. Hiện tại, chondrite chứa carbon cung cấp ý tưởng tốt nhất về thành phần hóa học của chúng, nhưng thông tin về thiên thạch bị bóp méo: chỉ những loại bền nhất mới tồn tại khi đi vào khí quyển và sau đó tương tác với môi trường Trái đất. Ở đây, chúng tôi trình bày kết quả của một nghiên cứu thể tích và phân tích vi mô chi tiết về hạt Ryugu chính được tàu vũ trụ Hayabusa-2 đưa đến Trái đất. Các hạt Ryugu cho thấy thành phần gần giống với chondrite CI (loại Iwuna) không phân đoạn về mặt hóa học nhưng đã biến đổi bởi nước, được sử dụng rộng rãi như một chỉ báo về thành phần tổng thể của hệ mặt trời. Mẫu vật này cho thấy mối quan hệ không gian phức tạp giữa các chất hữu cơ mạch thẳng giàu và silicat dạng lớp và chỉ ra nhiệt độ tối đa khoảng 30 °C trong quá trình xói mòn của nước. Chúng tôi đã tìm thấy một lượng lớn deuterium và diazonium phù hợp với nguồn gốc ngoài hệ mặt trời. Các hạt Ryugu là vật chất ngoài hành tinh không bị ô nhiễm và không thể tách rời nhất từng được nghiên cứu và phù hợp nhất với thành phần tổng thể của hệ mặt trời.
Từ tháng 6 năm 2018 đến tháng 11 năm 2019, tàu vũ trụ Hayabusa2 của Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đã tiến hành một cuộc khảo sát từ xa mở rộng về tiểu hành tinh Ryugu. Dữ liệu từ Máy quang phổ hồng ngoại gần (NIRS3) tại Hayabusa-2 cho thấy Ryugu có thể bao gồm một vật liệu tương tự như chondrite cacbon biến chất nhiệt và/hoặc sốc. Sự trùng khớp gần nhất là chondrite CY (loại Yamato) 2. Độ phản xạ thấp của Ryugu có thể được giải thích bằng sự hiện diện của một số lượng lớn các thành phần giàu cacbon, cũng như kích thước hạt, độ xốp và hiệu ứng phong hóa không gian. Tàu vũ trụ Hayabusa-2 đã thực hiện hai lần hạ cánh và thu thập mẫu trên Ryuga. Trong lần hạ cánh đầu tiên vào ngày 21 tháng 2 năm 2019, vật liệu bề mặt đã được thu thập, được lưu trữ trong ngăn A của khoang trở về, và trong lần hạ cánh thứ hai vào ngày 11 tháng 7 năm 2019, vật liệu đã được thu thập gần một miệng hố nhân tạo được hình thành bởi một máy va chạm di động nhỏ. Các mẫu này được lưu trữ tại Phòng C. Đặc tính ban đầu không phá hủy của các hạt trong Giai đoạn 1 trong các buồng đặc biệt, không bị ô nhiễm và chứa đầy nitơ tinh khiết tại các cơ sở do JAXA quản lý chỉ ra rằng các hạt Ryugu giống nhất với chondrite CI4 và thể hiện "nhiều mức độ biến thể khác nhau"3 . Phân loại Ryugu có vẻ mâu thuẫn, tương tự như chondrite CY hoặc CI, chỉ có thể được giải quyết bằng cách mô tả chi tiết về đồng vị, nguyên tố và khoáng vật học của các hạt Ryugu. Các kết quả được trình bày ở đây cung cấp cơ sở vững chắc để xác định giải thích sơ bộ nào trong hai giải thích này về thành phần tổng thể của tiểu hành tinh Ryugu có khả năng xảy ra nhất.
Tám viên Ryugu (tổng cộng khoảng 60mg), bốn viên từ Phòng A và bốn viên từ Phòng C, được giao cho Giai đoạn 2 để quản lý nhóm Kochi. Mục tiêu chính của nghiên cứu là làm sáng tỏ bản chất, nguồn gốc và lịch sử tiến hóa của tiểu hành tinh Ryugu, và ghi lại những điểm tương đồng và khác biệt với các mẫu vật ngoài trái đất đã biết khác như chondrite, các hạt bụi liên hành tinh (IDP) và các sao chổi quay trở lại. Các mẫu vật được thu thập bởi sứ mệnh Stardust của NASA.
Phân tích khoáng vật học chi tiết của năm hạt Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 và C0068) cho thấy chúng chủ yếu bao gồm các phyllosilicat hạt mịn và thô (~64–88 thể tích%; Hình 1a, b, Hình bổ sung 1). và bảng bổ sung 1). Các phyllosilicat hạt thô xuất hiện dưới dạng các tập hợp lông chim (kích thước lên đến hàng chục micron) trong các ma trận giàu phyllosilicat hạt mịn (kích thước nhỏ hơn vài micron). Các hạt silicat phân lớp là cộng sinh serpentin-saponit (Hình 1c). Bản đồ (Si + Al)-Mg-Fe cũng cho thấy rằng ma trận silicat phân lớp khối có thành phần trung gian giữa serpentin và saponit (Hình 2a, b). Ma trận phyllosilicate chứa khoáng vật cacbonat (~2–21 thể tích%), khoáng vật sunfua (~2,4–5,5 thể tích%) và magnetit (~3,6–6,8 thể tích%). Một trong những hạt được kiểm tra trong nghiên cứu này (C0009) chứa một lượng nhỏ (~0,5 thể tích%) silicat khan (olivin và pyroxen), có thể giúp xác định nguồn vật liệu tạo nên đá Ryugu thô5. Silicat khan này rất hiếm trong các viên Ryugu và chỉ được xác định chắc chắn trong viên C0009. Cacbonat có trong ma trận dưới dạng các mảnh vỡ (nhỏ hơn vài trăm micron), chủ yếu là dolomit, với một lượng nhỏ canxi cacbonat và brinell. Magnetit tồn tại dưới dạng các hạt riêng lẻ, framboid, mảng hoặc các tập hợp hình cầu. Sunfua chủ yếu được biểu diễn bằng pyrrhotite dưới dạng lăng trụ/tấm lục giác không đều hoặc thanh. Ma trận chứa một lượng lớn pentlandite dưới micron hoặc kết hợp với pyrrhotite. Các pha giàu cacbon (kích thước <10 µm) xuất hiện phổ biến trong ma trận giàu phyllosilicate. Các pha giàu cacbon (kích thước <10 µm) xuất hiện phổ biến trong ma trận giàu phyllosilicate. Bạn có thể nhận được một khoản tiền nhỏ (khoảng 10 phút) để bạn có thể sử dụng nó. Các pha giàu cacbon (kích thước <10 µm) xuất hiện phổ biến trong ma trận giàu phyllosilicate.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。 Bạn có thể sử dụng nó (размером <10 mét) để đạt được điều đó. Các pha giàu cacbon (kích thước <10 µm) chiếm ưu thế trong ma trận giàu phyllosilicate.Các khoáng chất phụ trợ khác được trình bày trong Bảng bổ sung 1. Danh sách các khoáng chất xác định từ mẫu nhiễu xạ tia X của hỗn hợp C0087 và A0029 và A0037 rất phù hợp với danh sách xác định trong chondrite CI (Orgueil), nhưng khác rất nhiều so với chondrite CY và CM (loại Mighei) (Hình 1 với dữ liệu mở rộng và Hình bổ sung 2). Tổng hàm lượng nguyên tố của các hạt Ryugu (A0098, C0068) cũng phù hợp với chondrite 6 CI (dữ liệu mở rộng, Hình 2 và Bảng bổ sung 2). Ngược lại, chondrite CM bị cạn kiệt các nguyên tố dễ bay hơi vừa phải và cao, đặc biệt là Mn và Zn, và cao hơn ở các nguyên tố khó bay hơi7. Nồng độ của một số nguyên tố thay đổi rất nhiều, điều này có thể phản ánh tính không đồng nhất vốn có của mẫu do kích thước nhỏ của từng hạt và độ lệch lấy mẫu do đó. Tất cả các đặc điểm về thạch học, khoáng vật học và nguyên tố chỉ ra rằng các hạt Ryugu rất giống với chondrite CI8,9,10. Một ngoại lệ đáng chú ý là không có ferrihydrite và sulfate trong các hạt Ryugu, cho thấy rằng các khoáng chất này trong chondrite CI được hình thành do quá trình phong hóa trên cạn.
a, Ảnh chụp tia X tổng hợp của Mg Kα (đỏ), Ca Kα (xanh lá cây), Fe Kα (xanh lam) và S Kα (vàng) phần đánh bóng khô C0068. Phân đoạn này bao gồm silicat xếp lớp (đỏ: ~88 vol%), cacbonat (dolomit; xanh lục nhạt: ~1,6 vol%), magnetit (xanh lam: ~5,3 vol%) và sulfua (vàng: sulfua = ~2,5% vol. bài luận. b, ảnh của vùng đường viền trong các electron tán xạ ngược trên a. Bru – chưa trưởng thành; Dole – dolomit; FeS là sắt sulfua; Mag – magnetit; nước ép – đá xà phòng; Srp – serpentin. c, ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) có độ phân giải cao của sự phát triển xen kẽ saponit-serpentin điển hình cho thấy các dải mạng serpentin và saponit lần lượt là 0,7 nm và 1,1 nm.
Thành phần của ma trận và silicat phân lớp (theo %) của các hạt Ryugu A0037 (các vòng tròn màu đỏ đậm) và C0068 (các vòng tròn màu xanh đậm) được thể hiện trong hệ thống ba thành phần (Si+Al)-Mg-Fe. a, Kết quả phân tích vi mô thăm dò điện tử (EPMA) được biểu diễn trên đồ thị so với các chondrite CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16 được thể hiện bằng màu xám để so sánh. b, Phân tích TEM quét (STEM) và phổ tia X phân tán năng lượng (EDS) được thể hiện để so sánh với các thiên thạch Orgueil9 và Murchison46 và IDP47 ngậm nước. Các phyllosilicat hạt mịn và hạt thô đã được phân tích, tránh các hạt sắt sunfua nhỏ. Các đường chấm trong a và b thể hiện các đường hòa tan của saponit và serpentin. Thành phần giàu sắt trong a có thể là do các hạt sắt sunfua dưới micron trong các hạt silicat phân lớp, không thể loại trừ bằng độ phân giải không gian của phân tích EPMA. Các điểm dữ liệu có hàm lượng Si cao hơn saponit trong b có thể là do sự hiện diện của vật liệu giàu silic vô định hình có kích thước nano trong các khe hở của lớp phyllosilicate. Số lượng phân tích: N=69 đối với A0037, N=68 đối với EPMA, N=68 đối với C0068, N=19 đối với A0037 và N=27 đối với C0068 đối với STEM-EDS. c, bản đồ đồng vị của hạt trioxy Ryugu C0014-4 so với các giá trị chondrite ​​CI (Orgueil), CY (Y-82162) và dữ liệu tài liệu (CM và C2-ung)41,48,49. Chúng tôi đã thu được dữ liệu cho các thiên thạch Orgueil và Y-82162. CCAM là một dòng khoáng vật chondrite cacbon khan, TFL là một ranh giới phân chia đất liền. d, Bản đồ Δ17O và δ18O của hạt Ryugu C0014-4, CI chondrite (Orgueil) và CY chondrite (Y-82162) (nghiên cứu này). Δ17O_Ryugu: Giá trị của Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Giá trị Δ17O trung bình cho Orgueil. Δ17O_Y-82162: Giá trị Δ17O trung bình cho Y-82162. Dữ liệu CI và CY từ tài liệu 41, 48, 49 cũng được hiển thị để so sánh.
Phân tích đồng vị khối lượng của oxy được thực hiện trên mẫu vật liệu 1,83 mg được chiết xuất từ ​​hạt C0014 bằng phương pháp fluor hóa bằng laser (Phương pháp). Để so sánh, chúng tôi đã chạy bảy bản sao của Orgueil (CI) (tổng khối lượng = 8,96 mg) và bảy bản sao của Y-82162 (CY) (tổng khối lượng = 5,11 mg) (Bảng bổ sung 3).
Trên hình 2d cho thấy sự tách biệt rõ ràng của Δ17O và δ18O giữa các hạt có trọng lượng trung bình của Orgueil và Ryugu so với Y-82162. Δ17O của hạt Ryugu C0014-4 cao hơn hạt Orgeil, mặc dù có sự chồng chéo ở mức 2 sd. Các hạt Ryugu có giá trị Δ17O cao hơn so với Orgeil, điều này có thể phản ánh tình trạng ô nhiễm trên cạn của Orgeil kể từ khi nó sụp đổ vào năm 1864. Sự phong hóa trong môi trường trên cạn11 nhất thiết dẫn đến việc kết hợp oxy trong khí quyển, đưa toàn bộ quá trình phân tích gần hơn với đường phân đoạn trên cạn (TFL). Kết luận này phù hợp với dữ liệu khoáng vật học (đã thảo luận trước đó) rằng các hạt Ryugu không chứa hydrat hoặc sulfat, trong khi Orgeil thì có.
Dựa trên dữ liệu khoáng vật học ở trên, những kết quả này ủng hộ mối liên hệ giữa các hạt Ryugu và CI chondrite, nhưng loại trừ mối liên hệ giữa các CY chondrite. Thực tế là các hạt Ryugu không liên quan đến CY chondrite, vốn cho thấy dấu hiệu rõ ràng về khoáng vật học mất nước, là điều khó hiểu. Các quan sát quỹ đạo của Ryugu dường như chỉ ra rằng nó đã trải qua quá trình mất nước và do đó có khả năng bao gồm vật liệu CY. Lý do cho sự khác biệt rõ ràng này vẫn chưa rõ ràng. Một phân tích đồng vị oxy của các hạt Ryugu khác được trình bày trong một bài báo đi kèm 12. Tuy nhiên, kết quả của tập dữ liệu mở rộng này cũng phù hợp với mối liên hệ giữa các hạt Ryugu và CI chondrite.
Sử dụng các kỹ thuật phân tích vi mô phối hợp (Hình bổ sung 3), chúng tôi đã kiểm tra sự phân bố không gian của cacbon hữu cơ trên toàn bộ diện tích bề mặt của phần chùm ion hội tụ (FIB) C0068.25 (Hình 3a–f). Phổ hấp thụ tia X cấu trúc mịn của cacbon (NEXAFS) tại rìa gần trong phần C0068.25 cho thấy một số nhóm chức năng - thơm hoặc C = C (285,2 eV), C = O (286,5 eV), CH (287,5 eV) và C (= O) O (288,8 eV) - cấu trúc graphene không có ở 291,7 eV (Hình 3a), có nghĩa là mức độ biến thiên nhiệt thấp. Đỉnh CH mạnh (287,5 eV) của các chất hữu cơ một phần của C0068.25 khác với các chất hữu cơ không hòa tan của chondrite cacbon đã nghiên cứu trước đây và giống hơn với IDP14 và các hạt sao chổi thu được bởi sứ mệnh Stardust. Đỉnh CH mạnh ở 287,5 eV và đỉnh thơm hoặc C=C rất yếu ở 285,2 eV chỉ ra rằng các hợp chất hữu cơ giàu hợp chất aliphatic (Hình 3a và Hình bổ sung 3a). Các vùng giàu hợp chất hữu cơ aliphatic nằm ở các phyllosilicat hạt thô, cũng như ở các vùng có cấu trúc cacbon thơm (hoặc C=C) kém (Hình 3c,d). Ngược lại, A0037,22 (Hình bổ sung 3) cho thấy một phần hàm lượng các vùng giàu cacbon aliphatic thấp hơn. Khoáng vật học cơ bản của các hạt này giàu cacbonat, tương tự như chondrite CI 16, cho thấy sự biến đổi đáng kể của nguồn nước (Bảng bổ sung 1). Các điều kiện oxy hóa sẽ tạo điều kiện cho nồng độ cao hơn của các nhóm chức cacbonyl và cacboxyl trong các hợp chất hữu cơ liên kết với cacbonat. Sự phân bố dưới micron của các chất hữu cơ có cấu trúc cacbon aliphatic có thể rất khác so với sự phân bố của các silicat phân lớp hạt thô. Các gợi ý về hợp chất hữu cơ aliphatic liên quan đến phyllosilicate-OH đã được tìm thấy trong thiên thạch Tagish Lake. Dữ liệu vi phân tích phối hợp cho thấy rằng vật chất hữu cơ giàu hợp chất aliphatic có thể phổ biến trong các tiểu hành tinh loại C và có liên quan chặt chẽ với phyllosilicate. Kết luận này phù hợp với các báo cáo trước đây về CH aliphatic/aromatic trong các hạt Ryugu được chứng minh bởi MicroOmega, một kính hiển vi siêu phổ gần hồng ngoại. Một câu hỏi quan trọng và chưa được giải quyết là liệu các đặc tính độc đáo của hợp chất hữu cơ giàu cacbon aliphatic liên quan đến phyllosilicate hạt thô được quan sát thấy trong nghiên cứu này có chỉ được tìm thấy trên tiểu hành tinh Ryugu hay không.
a, Phổ cacbon NEXAFS được chuẩn hóa thành 292 eV trong vùng giàu thơm (C=C) (màu đỏ), trong vùng giàu aliphatic (màu xanh lá cây) và trong ma trận (màu xanh lam). Đường màu xám là phổ hữu cơ không hòa tan Murchison 13 để so sánh. au, đơn vị trọng tài. b, Ảnh phổ kính hiển vi tia X truyền qua quét (STXM) của một cạnh K cacbon cho thấy mặt cắt này bị cacbon chi phối. c, Biểu đồ tổng hợp RGB với các vùng giàu thơm (C=C) (màu đỏ), các vùng giàu aliphatic (màu xanh lá cây) và ma trận (màu xanh lam). d, Các chất hữu cơ giàu hợp chất aliphatic tập trung trong phyllosilicat hạt thô, diện tích được phóng to từ các ô chấm trắng trong b và c. e, Các nano cầu lớn (ng-1) trong diện tích được phóng to từ ô chấm trắng trong b và c. Đối với: pyrrhotit. Pn: niken-cromit. f, Phổ khối ion thứ cấp ở quy mô nano (NanoSIMS), hình ảnh nguyên tố hydro (1H), carbon (12C) và nitơ (12C14N), hình ảnh tỷ lệ nguyên tố 12C/1H và hình ảnh đồng vị chéo δD, δ13C và δ15N – Phần PG-1: than chì tiền mặt trời với mức làm giàu 13C cực độ (Bảng bổ sung 4).
Các nghiên cứu động học về sự phân hủy vật chất hữu cơ trong thiên thạch Murchison có thể cung cấp thông tin quan trọng về sự phân bố không đồng nhất của vật chất hữu cơ mạch thẳng giàu hạt Ryugu. Nghiên cứu này cho thấy các liên kết CH mạch thẳng trong vật chất hữu cơ vẫn tồn tại cho đến nhiệt độ tối đa khoảng 30°C ở dạng ban đầu và/hoặc thay đổi theo mối quan hệ thời gian-nhiệt độ (ví dụ 200 năm ở 100°C và 0°C trong 100 triệu năm). Nếu tiền chất không được đun nóng ở một nhiệt độ nhất định trong hơn một khoảng thời gian nhất định, thì sự phân bố ban đầu của các chất hữu cơ mạch thẳng giàu phyllosilicat có thể được bảo toàn. Tuy nhiên, sự thay đổi nước trong đá nguồn có thể làm phức tạp thêm cách giải thích này, vì A0037 giàu cacbonat không cho thấy bất kỳ vùng mạch thẳng giàu cacbon nào liên quan đến phyllosilicat. Sự thay đổi nhiệt độ thấp này tương ứng với sự hiện diện của fenspat khối trong các hạt Ryugu (Bảng bổ sung 1) 20.
Phân đoạn C0068.25 (ng-1; Hình 3a–c,e) chứa một nanoosphere lớn cho thấy phổ C(=O)O và C=O có tính thơm cao, tính aliphatic vừa phải và yếu. . Dấu hiệu của cacbon aliphatic không khớp với dấu hiệu của các chất hữu cơ không hòa tan dạng khối và các nanoosphere hữu cơ liên kết với chondrite (Hình 3a) 17,21. Phân tích phổ Raman và hồng ngoại của các nanoosphere trong Hồ Tagish cho thấy chúng bao gồm các hợp chất hữu cơ aliphatic và bị oxy hóa và các hợp chất hữu cơ thơm đa vòng không theo trật tự với cấu trúc phức tạp22,23. Do ma trận xung quanh chứa các chất hữu cơ giàu hợp chất aliphatic, nên dấu hiệu của cacbon aliphatic trong ng-1 có thể là một hiện tượng phân tích. Điều thú vị là ng-1 chứa các silicat vô định hình nhúng (Hình 3e), một kết cấu chưa từng được báo cáo đối với bất kỳ chất hữu cơ ngoài Trái đất nào. Silicat vô định hình có thể là thành phần tự nhiên của ng-1 hoặc là kết quả của quá trình vô định hình silicat dạng nước/khan bằng chùm ion và/hoặc electron trong quá trình phân tích.
Hình ảnh ion NanoSIMS của phần C0068.25 (Hình 3f) cho thấy những thay đổi đồng đều trong δ13C và δ15N, ngoại trừ các hạt tiền mặt trời có độ làm giàu 13C lớn là 30.811‰ (PG-1 trong hình ảnh δ13C trong Hình 3f) (Bảng bổ sung 4). Hình ảnh hạt cơ bản tia X và hình ảnh TEM độ phân giải cao chỉ hiển thị nồng độ cacbon và khoảng cách giữa các mặt phẳng cơ sở là 0,3 nm, tương ứng với than chì. Đáng chú ý là các giá trị của δD (841 ± 394‰) và δ15N (169 ± 95‰), làm giàu trong vật chất hữu cơ mạch thẳng liên kết với phyllosilicat hạt thô, hóa ra cao hơn một chút so với giá trị trung bình của toàn bộ vùng C (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) trong C0068.25 (Bảng bổ sung 4). Quan sát này cho thấy rằng các chất hữu cơ giàu aliphatic trong phyllosilicat hạt thô có thể nguyên thủy hơn các chất hữu cơ xung quanh, vì sau này có thể đã trải qua quá trình trao đổi đồng vị với nước xung quanh trong vật thể ban đầu. Mặt khác, những thay đổi đồng vị này cũng có thể liên quan đến quá trình hình thành ban đầu. Người ta giải thích rằng các silicat phân lớp hạt mịn trong chondrite CI được hình thành do sự biến đổi liên tục của các cụm silicat khan hạt thô ban đầu. Chất hữu cơ giàu aliphatic có thể đã hình thành từ các phân tử tiền thân trong đĩa tiền hành tinh hoặc môi trường giữa các vì sao trước khi hệ mặt trời hình thành, và sau đó bị biến đổi đôi chút trong quá trình thay đổi nước của vật thể mẹ Ryugu (lớn). Kích thước (<1,0 km) của Ryugu quá nhỏ để duy trì đủ nhiệt độ bên trong cho quá trình biến đổi nước tạo thành khoáng chất ngậm nước25. Kích thước (<1,0 km) của Ryugu quá nhỏ để duy trì đủ nhiệt bên trong cho quá trình biến đổi nước tạo thành khoáng chất ngậm nước25. Размер (<1,0 км) Bạn có thể sử dụng nó để có được một khoản vay изменения с образованием водных минералов25. Kích thước (<1,0 km) Ryugu quá nhỏ để duy trì đủ nhiệt bên trong để nước thay đổi và hình thành khoáng chất nước25. Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成含水矿物25。 Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成含水矿物25。 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для изменения воды с образованием водных минералов25. Kích thước của Ryugu (<1,0 km) quá nhỏ để có thể hỗ trợ nhiệt bên trong để thay đổi nước thành khoáng chất nước25.Do đó, những tiền thân của Ryugu có kích thước hàng chục kilomet có thể là cần thiết. Vật chất hữu cơ giàu hợp chất aliphatic có thể giữ nguyên tỷ lệ đồng vị ban đầu của chúng do liên kết với phyllosilicat hạt thô. Tuy nhiên, bản chất chính xác của các chất mang nặng đồng vị vẫn chưa chắc chắn do sự pha trộn phức tạp và tinh tế của các thành phần khác nhau trong các phân đoạn FIB này. Chúng có thể là các chất hữu cơ giàu hợp chất aliphatic trong các hạt Ryugu hoặc phyllosilicat thô bao quanh chúng. Lưu ý rằng vật chất hữu cơ trong hầu hết các chondrite cacbon (bao gồm cả CI chondrite) có xu hướng giàu D hơn trong phyllosilicat, ngoại trừ thiên thạch CM Paris 24, 26.
Biểu đồ thể tích δD và δ15N của các lát cắt FIB thu được cho A0002.23 và A0002.26, A0037.22 và A0037.23 và C0068.23, C0068.25 và C0068.26 Các lát cắt FIB (tổng cộng bảy lát cắt FIB từ ba hạt Ryugu) So sánh NanoSIMS với các vật thể khác của hệ mặt trời được thể hiện trong hình 4 (Bảng bổ sung 4)27,28. Các thay đổi thể tích trong δD và δ15N trong các cấu hình A0002, A0037 và C0068 phù hợp với các cấu hình trong IDP, nhưng cao hơn trong các chondrite CM và CI (Hình 4). Lưu ý rằng phạm vi giá trị δD đối với mẫu Sao chổi 29 (-240 đến 1655‰) lớn hơn phạm vi giá trị của Ryugu. Thể tích δD và δ15N của các cấu hình Ryukyu, theo quy luật, nhỏ hơn giá trị trung bình của các sao chổi thuộc họ Sao Mộc và đám mây Oort (Hình 4). Các giá trị δD thấp hơn của các chondrite CI có thể phản ánh ảnh hưởng của ô nhiễm trên cạn trong các mẫu này. Với những điểm tương đồng giữa Bells, Hồ Tagish và IDP, tính không đồng nhất lớn trong các giá trị δD và δN trong các hạt Ryugu có thể phản ánh những thay đổi trong các dấu hiệu đồng vị ban đầu của thành phần hữu cơ và nước trong hệ mặt trời sơ khai. Những thay đổi đồng vị tương tự trong δD và δN trong các hạt Ryugu và IDP cho thấy rằng cả hai đều có thể hình thành từ vật liệu từ cùng một nguồn. Người ta tin rằng IDP có nguồn gốc từ các nguồn sao chổi 14 . Do đó, Ryugu có thể chứa vật liệu giống sao chổi và/hoặc ít nhất là hệ mặt trời bên ngoài. Tuy nhiên, điều này có thể khó hơn những gì chúng tôi nêu ở đây do (1) hỗn hợp nước hình cầu và nước giàu D trên thiên thể mẹ 31 và (2) tỷ lệ D/H của sao chổi như một hàm số của hoạt động sao chổi 32. Tuy nhiên, lý do cho tính không đồng nhất quan sát được của các đồng vị hydro và nitơ trong các hạt Ryugu vẫn chưa được hiểu đầy đủ, một phần là do số lượng phân tích có sẵn hiện nay còn hạn chế. Kết quả của các hệ đồng vị hydro và nitơ vẫn nêu lên khả năng Ryugu chứa hầu hết các vật liệu từ bên ngoài Hệ Mặt trời và do đó có thể cho thấy một số điểm tương đồng với sao chổi. Hồ sơ Ryugu cho thấy không có mối tương quan rõ ràng giữa δ13C và δ15N (Bảng bổ sung 4).
Thành phần đồng vị H và N tổng thể của các hạt Ryugu (vòng tròn màu đỏ: A0002, A0037; vòng tròn màu xanh: C0068) tương quan với cấp sao mặt trời 27, họ sao Mộc trung bình (JFC27) và sao chổi đám mây Oort (OCC27), IDP28 và chondrule cacbon. So sánh thiên thạch 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Thành phần đồng vị được đưa ra trong Bảng bổ sung 4. Các đường chấm là giá trị đồng vị trên cạn của H và N.
Việc vận chuyển các chất dễ bay hơi (ví dụ như vật chất hữu cơ và nước) đến Trái đất vẫn là mối quan tâm26,27,33. Vật chất hữu cơ dưới micron liên quan đến phyllosilicat thô trong các hạt Ryugu được xác định trong nghiên cứu này có thể là một nguồn chất dễ bay hơi quan trọng. Vật chất hữu cơ trong phyllosilicat hạt thô được bảo vệ tốt hơn khỏi sự phân hủy16,34 và phân rã35 so với vật chất hữu cơ trong các ma trận hạt mịn. Thành phần đồng vị nặng hơn của hydro trong các hạt có nghĩa là chúng không có khả năng là nguồn chất dễ bay hơi duy nhất được mang đến Trái đất sơ khai. Chúng có thể được trộn với các thành phần có thành phần đồng vị hydro nhẹ hơn, như đã được đề xuất gần đây trong giả thuyết về sự hiện diện của nước do gió mặt trời tạo ra trong silicat.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ ra rằng các thiên thạch CI, mặc dù có tầm quan trọng về mặt địa hóa học như là đại diện cho thành phần tổng thể của hệ mặt trời,6,10 là các mẫu bị ô nhiễm trên cạn. Chúng tôi cũng cung cấp bằng chứng trực tiếp về sự tương tác giữa vật chất hữu cơ aliphatic giàu và các khoáng chất ngậm nước lân cận và cho rằng Ryugu có thể chứa vật liệu ngoài hệ mặt trời37. Kết quả của nghiên cứu này chứng minh rõ ràng tầm quan trọng của việc lấy mẫu trực tiếp các tiểu hành tinh nguyên thủy và nhu cầu vận chuyển các mẫu được trả về trong điều kiện hoàn toàn trơ và vô trùng. Các bằng chứng được trình bày ở đây cho thấy rằng các hạt Ryugu chắc chắn là một trong những vật liệu hệ mặt trời không bị ô nhiễm nhất có sẵn cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và việc nghiên cứu sâu hơn các mẫu quý giá này chắc chắn sẽ mở rộng hiểu biết của chúng ta về các quá trình ban đầu của hệ mặt trời. Các hạt Ryugu là đại diện tốt nhất cho thành phần tổng thể của hệ mặt trời.
Để xác định cấu trúc vi mô phức tạp và các tính chất hóa học của các mẫu có kích thước dưới micron, chúng tôi đã sử dụng chụp cắt lớp vi tính dựa trên bức xạ synchrotron (SR-XCT) và nhiễu xạ tia X SR (XRD)-CT, phân tích FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. Không có sự suy thoái, ô nhiễm do bầu khí quyển của trái đất và không có thiệt hại từ các hạt mịn hoặc mẫu cơ học. Trong khi đó, chúng tôi đã tiến hành phân tích thể tích có hệ thống bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)-EDS, EPMA, XRD, phân tích kích hoạt neutron bằng dụng cụ (INAA) và thiết bị fluor hóa đồng vị oxy bằng laser. Các quy trình xét nghiệm được thể hiện trong Hình bổ sung 3 và mỗi xét nghiệm được mô tả trong các phần sau.
Các hạt từ tiểu hành tinh Ryugu đã được thu hồi từ mô-đun tái nhập Hayabusa-2 và được chuyển đến Trung tâm Kiểm soát JAXA tại Sagamihara, Nhật Bản mà không gây ô nhiễm bầu khí quyển của Trái đất4. Sau khi xác định đặc tính ban đầu và không phá hủy tại một cơ sở do JAXA quản lý, hãy sử dụng các thùng chứa chuyển giao giữa các địa điểm có thể niêm phong và các túi nang mẫu (tinh thể sapphire đường kính 10 hoặc 15 mm và thép không gỉ, tùy thuộc vào kích thước mẫu) để tránh sự can thiệp của môi trường. y và/hoặc các chất gây ô nhiễm trên mặt đất (ví dụ hơi nước, hydrocarbon, khí quyển và các hạt mịn) và ô nhiễm chéo giữa các mẫu trong quá trình chuẩn bị mẫu và vận chuyển giữa các viện và trường đại học38. Để tránh sự xuống cấp và ô nhiễm do tương tác với khí quyển của trái đất (hơi nước và oxy), tất cả các loại chuẩn bị mẫu (bao gồm đục tantalum, sử dụng cưa kim cương cân bằng (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) và cắt epoxy) chuẩn bị lắp đặt) đều được thực hiện trong hộp găng tay dưới N2 sạch khô (điểm sương: -80 đến -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Tất cả các vật phẩm được sử dụng ở đây đều được làm sạch bằng sự kết hợp của nước siêu tinh khiết và ethanol sử dụng sóng siêu âm có tần số khác nhau.
Ở đây chúng tôi nghiên cứu bộ sưu tập thiên thạch của Viện nghiên cứu cực quốc gia (NIPR) thuộc Trung tâm nghiên cứu thiên thạch Nam Cực (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 và CY: Y 980115).
Để chuyển giữa các thiết bị phân tích SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS và TEM, chúng tôi đã sử dụng giá đỡ mẫu siêu mỏng đa năng được mô tả trong các nghiên cứu trước đây38.
Phân tích SR-XCT của các mẫu Ryugu được thực hiện bằng hệ thống CT tích hợp BL20XU/SPring-8. Hệ thống CT tích hợp bao gồm nhiều chế độ đo khác nhau: chế độ trường nhìn rộng và độ phân giải thấp (WL) để chụp toàn bộ cấu trúc của mẫu, chế độ trường nhìn hẹp và độ phân giải cao (NH) để đo chính xác diện tích mẫu. quan tâm và chụp X-quang để có được mẫu nhiễu xạ của thể tích mẫu và thực hiện XRD-CT để có được sơ đồ 2D của các pha khoáng chất mặt phẳng ngang trong mẫu. Lưu ý rằng tất cả các phép đo có thể được thực hiện mà không cần sử dụng hệ thống tích hợp để tháo giá đỡ mẫu khỏi đế, cho phép đo CT và XRD-CT chính xác. Bộ dò tia X chế độ WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) được trang bị thêm một camera kim loại-oxit-bán dẫn (CMOS) 4608 × 4608 pixel (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) với chất phát quang gồm 10 tinh thể đơn lutetium aluminum garnet có độ dày µm (Lu3Al5O12:Ce) và thấu kính tiếp sức. Kích thước pixel ở chế độ WL là khoảng 0,848 µm. Do đó, trường nhìn (FOV) ở chế độ WL là khoảng 6 mm ở chế độ CT lệch. Bộ dò tia X chế độ NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) được trang bị một chất phát quang gadolinium-aluminum-gallium garnet (Gd3Al2Ga3O12) dày 20 µm, một camera CMOS (C11440-22CU) có độ phân giải 2048 × 2048 pixel; Hamamatsu Photonics) và một ống kính ×20. Kích thước pixel ở chế độ NH là ~0,25 µm và trường nhìn là ~0,5 mm. Bộ dò cho chế độ XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) được trang bị một chất phát quang bao gồm một màn hình bột P43 (Gd2O2S:Tb) dày 50 µm, một camera CMOS có độ phân giải 2304 × 2304 pixel (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) và một ống kính chuyển tiếp. Máy dò có kích thước điểm ảnh hiệu dụng là 19,05 µm và trường nhìn là 43,9 mm2. Để tăng FOV, chúng tôi đã áp dụng quy trình CT lệch ở chế độ WL. Ảnh ánh sáng truyền qua để tái tạo CT bao gồm ảnh trong phạm vi từ 180° đến 360° phản chiếu theo chiều ngang xung quanh trục quay và ảnh trong phạm vi từ 0° đến 180°.
Ở chế độ XRD, chùm tia X được hội tụ bởi một tấm vùng Fresnel. Ở chế độ này, đầu dò được đặt cách mẫu 110 mm và điểm dừng chùm tia cách đầu dò 3 mm. Hình ảnh nhiễu xạ trong phạm vi 2θ từ 1,43° đến 18,00° (bước lưới d = 16,6–1,32 Å) thu được với điểm tia X hội tụ ở dưới cùng của trường nhìn của đầu dò. Mẫu di chuyển theo chiều dọc ở các khoảng đều đặn, với nửa vòng cho mỗi bước quét dọc. Nếu các hạt khoáng vật thỏa mãn điều kiện Bragg khi quay 180°, có thể thu được nhiễu xạ của các hạt khoáng vật trên mặt phẳng ngang. Sau đó, hình ảnh nhiễu xạ được kết hợp thành một hình ảnh cho mỗi bước quét dọc. Các điều kiện phân tích SR-XRD-CT gần giống với các điều kiện cho phân tích SR-XRD. Ở chế độ XRD-CT, đầu dò được đặt cách mẫu 69 mm. Hình ảnh nhiễu xạ trong phạm vi 2θ dao động từ 1,2° đến 17,68° (d = 19,73 đến 1,35 Å), trong đó cả chùm tia X và bộ giới hạn chùm tia đều nằm trên đường thẳng với tâm trường nhìn của máy dò. Quét mẫu theo chiều ngang và xoay mẫu 180°. Hình ảnh SR-XRD-CT được tái tạo với cường độ khoáng chất cực đại dưới dạng giá trị pixel. Với quét theo chiều ngang, mẫu thường được quét theo 500–1000 bước.
Đối với tất cả các thí nghiệm, năng lượng tia X được cố định ở mức 30 keV, vì đây là giới hạn dưới của khả năng thâm nhập tia X vào thiên thạch có đường kính khoảng 6 mm. Số lượng hình ảnh thu được cho tất cả các phép đo CT trong quá trình quay 180° là 1800 (3600 đối với chương trình CT lệch), và thời gian phơi sáng cho các hình ảnh là 100 ms đối với chế độ WL, 300 ms đối với chế độ NH, 500 ms đối với XRD và 50 ms . ms đối với XRD-CT ms. Thời gian quét mẫu điển hình là khoảng 10 phút ở chế độ WL, 15 phút ở chế độ NH, 3 giờ đối với XRD và 8 giờ đối với SR-XRD-CT.
Hình ảnh CT được tái tạo bằng phép chiếu ngược tích chập và được chuẩn hóa theo hệ số suy giảm tuyến tính từ 0 đến 80 cm-1. Phần mềm Slice được sử dụng để phân tích dữ liệu 3D và phần mềm muXRD được sử dụng để phân tích dữ liệu XRD.
Các hạt Ryugu cố định bằng epoxy (A0029, A0037, C0009, C0014 và C0068) được đánh bóng dần trên bề mặt đến mức của lớp phủ kim cương 0,5 µm (3M) trong điều kiện khô, tránh vật liệu tiếp xúc với bề mặt trong quá trình đánh bóng. Bề mặt được đánh bóng của mỗi mẫu trước tiên được kiểm tra bằng kính hiển vi quang học và sau đó là các electron tán xạ ngược để thu được hình ảnh khoáng vật học và kết cấu (BSE) của các mẫu và các nguyên tố NIPR định tính bằng cách sử dụng JEOL JSM-7100F SEM được trang bị máy quang phổ tán xạ năng lượng (AZtec). hình ảnh. Đối với mỗi mẫu, hàm lượng các nguyên tố chính và phụ được phân tích bằng máy phân tích vi đầu dò điện tử (EPMA, JEOL JXA-8200). Phân tích các hạt phyllosilicat và cacbonat ở mức 5 nA, các tiêu chuẩn tự nhiên và tổng hợp ở mức 15 keV, sulfua, magnetit, olivin và pyroxen ở mức 30 nA. Cấp độ modal được tính toán từ bản đồ nguyên tố và hình ảnh BSE bằng phần mềm ImageJ 1.53 với ngưỡng thích hợp được thiết lập tùy ý cho từng khoáng chất.
Phân tích đồng vị oxy được thực hiện tại Đại học Mở (Milton Keynes, Vương quốc Anh) bằng hệ thống fluor hóa bằng tia laser hồng ngoại. Các mẫu Hayabusa2 được chuyển đến Đại học Mở 38 trong các thùng chứa đầy nitơ để chuyển giữa các cơ sở.
Tải mẫu được thực hiện trong hộp găng tay nitơ với mức oxy được theo dõi dưới 0,1%. Đối với công việc phân tích Hayabusa2, một giá đỡ mẫu Ni mới đã được chế tạo, chỉ bao gồm hai lỗ mẫu (đường kính 2,5 mm, sâu 5 mm), một cho các hạt Hayabusa2 và một cho chuẩn nội obsidian. Trong quá trình phân tích, giếng mẫu chứa vật liệu Hayabusa2 được phủ một cửa sổ BaF2 bên trong dày khoảng 1 mm và đường kính 3 mm để giữ mẫu trong phản ứng laser. Dòng BrF5 đến mẫu được duy trì bằng một kênh trộn khí cắt trong giá đỡ mẫu Ni. Buồng mẫu cũng được định hình lại để có thể lấy mẫu ra khỏi đường ống flo hóa chân không và sau đó mở trong hộp găng tay chứa đầy nitơ. Buồng hai mảnh được bịt kín bằng một miếng đệm nén có gioăng đồng và kẹp xích EVAC Quick Release CeFIX 38. Một cửa sổ BaF2 dày 3 mm ở phía trên cùng của buồng cho phép quan sát đồng thời mẫu và quá trình gia nhiệt bằng laser. Sau khi tải mẫu, kẹp lại buồng và kết nối lại với đường ống flo hóa. Trước khi phân tích, buồng mẫu được gia nhiệt trong điều kiện chân không đến khoảng 95°C qua đêm để loại bỏ bất kỳ độ ẩm nào đã hấp phụ. Sau khi gia nhiệt qua đêm, buồng được để nguội đến nhiệt độ phòng và sau đó phần tiếp xúc với khí quyển trong quá trình chuyển mẫu được thanh lọc bằng ba phần BrF5 để loại bỏ độ ẩm. Các quy trình này đảm bảo rằng mẫu Hayabusa 2 không tiếp xúc với khí quyển và không bị nhiễm độ ẩm từ phần đường ống fluor hóa được thông ra khí quyển trong quá trình nạp mẫu.
Các mẫu hạt Ryugu C0014-4 và Orgueil (CI) được phân tích ở chế độ “đơn” đã sửa đổi42, trong khi phân tích Y-82162 (CY) được thực hiện trên một khay duy nhất với nhiều giếng mẫu41. Do thành phần khan của chúng, không cần thiết phải sử dụng một phương pháp duy nhất cho chondrite CY. Các mẫu được nung nóng bằng tia laser CO2 hồng ngoại Photon Machines Inc. công suất 50 W (10,6 µm) được gắn trên cổng XYZ khi có BrF5. Hệ thống video tích hợp theo dõi quá trình phản ứng. Sau khi flo hóa, O2 giải phóng được rửa sạch bằng hai bẫy nitơ lạnh và một lớp KBr được gia nhiệt để loại bỏ bất kỳ flo dư nào. Thành phần đồng vị của oxy tinh khiết được phân tích trên máy quang phổ khối kênh đôi Thermo Fisher MAT 253 có độ phân giải khối lượng khoảng 200.
Trong một số trường hợp, lượng khí O2 giải phóng trong quá trình phản ứng của mẫu ít hơn 140 µg, đây là giới hạn gần đúng khi sử dụng thiết bị ống thổi trên máy quang phổ khối MAT 253. Trong những trường hợp này, hãy sử dụng microvolume để phân tích. Sau khi phân tích các hạt Hayabusa2, chuẩn nội obsidian được fluor hóa và thành phần đồng vị oxy của nó được xác định.
Các ion của mảnh NF+ NF3+ cản trở chùm tia có khối lượng 33 (16O17O). Để loại bỏ vấn đề tiềm ẩn này, hầu hết các mẫu được xử lý bằng quy trình tách lạnh. Quy trình này có thể được thực hiện theo hướng tiến trước khi phân tích MAT 253 hoặc như một phân tích thứ hai bằng cách đưa khí đã phân tích trở lại sàng phân tử đặc biệt và cho khí đi qua lại sau khi tách lạnh. Tách lạnh liên quan đến việc cung cấp khí cho sàng phân tử ở nhiệt độ nitơ lỏng rồi xả khí vào sàng phân tử chính ở nhiệt độ -130°C. Các thử nghiệm mở rộng đã chỉ ra rằng NF+ vẫn nằm trên sàng phân tử đầu tiên và không xảy ra quá trình phân đoạn đáng kể nào khi sử dụng phương pháp này.
Dựa trên các phân tích lặp lại của các tiêu chuẩn obsidian nội bộ của chúng tôi, độ chính xác tổng thể của hệ thống ở chế độ ống thổi là: ±0,053‰ đối với δ17O, ±0,095‰ đối với δ18O, ±0,018‰ đối với Δ17O (2 sd). Phân tích đồng vị oxy được đưa ra theo ký hiệu delta chuẩn, trong đó delta18O được tính như sau:
Cũng sử dụng tỷ lệ 17O/16O cho δ17O. VSMOW là tiêu chuẩn quốc tế cho Tiêu chuẩn nước biển trung bình Vienna. Δ17O biểu thị độ lệch so với đường phân đoạn đất và công thức tính toán là: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Tất cả dữ liệu trình bày trong Bảng bổ sung 3 đã được điều chỉnh khoảng cách.
Các phần dày khoảng 150 đến 200 nm được chiết xuất từ ​​các hạt Ryugu bằng thiết bị Hitachi High Tech SMI4050 FIB tại JAMSTEC, Viện lấy mẫu lõi Kochi. Lưu ý rằng tất cả các phần FIB đều được thu hồi từ các mảnh chưa xử lý của các hạt chưa xử lý sau khi được lấy ra khỏi các bình chứa khí N2 để chuyển giữa các vật thể. Các mảnh này không được đo bằng SR-CT, nhưng được xử lý với mức độ tiếp xúc tối thiểu với khí quyển của trái đất để tránh thiệt hại tiềm ẩn và ô nhiễm có thể ảnh hưởng đến phổ cạnh K của carbon. Sau khi lắng đọng lớp bảo vệ vonfram, vùng quan tâm (lên đến 25 × 25 μm2) được cắt và làm mỏng bằng chùm ion Ga+ ở điện áp tăng tốc 30 kV, sau đó ở 5 kV và dòng điện thăm dò 40 pA để giảm thiểu thiệt hại bề mặt. Các phần siêu mỏng sau đó được đặt trên lưới đồng mở rộng (lưới Kochi) 39 bằng cách sử dụng một bộ vi thao tác được trang bị FIB.
Các viên Ryugu A0098 (1,6303mg) và C0068 (0,6483mg) được niêm phong hai lần trong các tấm polyethylene tinh khiết cao trong hộp găng tay chứa đầy nitơ nguyên chất trên SPring-8 mà không có bất kỳ tương tác nào với bầu khí quyển của trái đất. Việc chuẩn bị mẫu cho JB-1 (một loại đá tham chiếu địa chất do Cục Khảo sát Địa chất Nhật Bản ban hành) được thực hiện tại Đại học Tokyo Metropolitan.
INAA được tổ chức tại Viện Khoa học Hạt nhân và Bức xạ Tích hợp, Đại học Kyoto. Các mẫu được chiếu xạ hai lần với các chu kỳ chiếu xạ khác nhau được chọn theo chu kỳ bán rã của nuclit được sử dụng để định lượng nguyên tố. Đầu tiên, mẫu được chiếu xạ trong ống chiếu xạ khí nén trong 30 giây. Các thông lượng của nơtron nhiệt và nơtron nhanh trong hình 3 lần lượt là 4,6 × 1012 và 9,6 × 1011 cm-2 s-1 để xác định hàm lượng Mg, Al, Ca, Ti, V và Mn. Các hóa chất như MgO (độ tinh khiết 99,99%, Soekawa Chemical), Al (độ tinh khiết 99,9%, Soekawa Chemical) và kim loại Si (độ tinh khiết 99,999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical) cũng được chiếu xạ để hiệu chỉnh các phản ứng hạt nhân gây nhiễu như (n, n). Mẫu cũng được chiếu xạ bằng natri clorua (độ tinh khiết 99,99%; MANAC) để hiệu chỉnh những thay đổi trong thông lượng neutron.
Sau khi chiếu xạ neutron, lớp polyethylene bên ngoài được thay thế bằng một lớp mới, và bức xạ gamma phát ra từ mẫu và mẫu tham chiếu được đo ngay lập tức bằng máy dò Ge. Các mẫu tương tự được chiếu xạ lại trong 4 giờ trong ống chiếu xạ khí nén. 2 có thông lượng neutron nhiệt và nhanh lần lượt là 5,6 · 1012 và 1,2 · 1012 cm-2 s-1 để xác định Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Hàm lượng Se, Sb, Os, Ir và Au. Các mẫu đối chứng của Ga, As, Se, Sb, Os, Ir và Au được chiếu xạ bằng cách áp dụng một lượng thích hợp (từ 10 đến 50 μg) dung dịch chuẩn có nồng độ đã biết của các nguyên tố này lên hai tờ giấy lọc, sau đó chiếu xạ các mẫu. Việc đếm tia gamma được thực hiện tại Viện Khoa học Bức xạ và Hạt nhân Tích hợp, Đại học Kyoto và Trung tâm Nghiên cứu RI, Đại học Thủ đô Tokyo. Các quy trình phân tích và tài liệu tham khảo để xác định định lượng các nguyên tố INAA cũng giống như những quy trình được mô tả trong công trình trước đây của chúng tôi.
Máy nhiễu xạ tia X (Rigaku SmartLab) được sử dụng để thu thập các mẫu nhiễu xạ của mẫu Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) và C0087 (<1 mg) tại NIPR. Máy nhiễu xạ tia X (Rigaku SmartLab) được sử dụng để thu thập các mẫu nhiễu xạ của mẫu Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) và C0087 (<1 mg) tại NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) đã được sử dụng để mô phỏng các công cụ của Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (≪1 mг) và C0087 (<1 mг) trên NIPR. Máy nhiễu xạ tia X (Rigaku SmartLab) được sử dụng để thu thập các mẫu nhiễu xạ của Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) và C0087 (<1 mg) trong NIPR.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 的衍射图案。使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 的衍射图案。 Các thiết bị bảo vệ Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) và C0087 (<1 мг) Các thiết bị hỗ trợ cho NIPR с использованием рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Mẫu nhiễu xạ tia X của các mẫu Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) và C0087 (<1 mg) thu được tại NIPR bằng máy nhiễu xạ tia X (Rigaku SmartLab).Tất cả các mẫu đều được nghiền thành bột mịn trên một tấm silicon không phản xạ bằng cách sử dụng một tấm kính sapphire và sau đó trải đều trên tấm silicon không phản xạ mà không có bất kỳ chất lỏng nào (nước hoặc cồn). Các điều kiện đo như sau: Bức xạ tia X của Cu Kα được tạo ra ở điện áp ống là 40 kV và dòng điện ống là 40 mA, chiều dài khe giới hạn là 10 mm, góc phân kỳ là (1/6)°, tốc độ quay trong mặt phẳng là 20 vòng/phút và phạm vi là 2θ (góc Bragg kép) là 3-100° và mất khoảng 28 giờ để phân tích. Hệ thống quang học Bragg Brentano đã được sử dụng. Đầu dò là đầu dò bán dẫn silicon một chiều (D/teX Ultra 250). Tia X của Cu Kβ đã được loại bỏ bằng cách sử dụng bộ lọc Ni. Sử dụng các mẫu có sẵn, các phép đo saponit magnesi tổng hợp (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentine (serpentine lá, Miyazu, Nikka) và pyrrhotite (monoclinic 4C, Chihua, Mexico Watts) đã được so sánh để xác định các đỉnh và sử dụng dữ liệu tệp bột dữ liệu nhiễu xạ từ Trung tâm dữ liệu nhiễu xạ quốc tế, dolomit (PDF 01-071-1662) và magnetite (PDF 00-019-0629). Dữ liệu nhiễu xạ từ Ryugu cũng được so sánh với dữ liệu về chondrite cacbon biến đổi thủy, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 và Y 980115 CY (giai đoạn nung III, 500–750°C). Sự so sánh cho thấy những điểm tương đồng với Orgueil, nhưng không giống với Y-791198 và Y 980115.
Phổ NEXAFS với cạnh carbon K của các phần siêu mỏng của mẫu được tạo ra từ FIB đã được đo bằng kênh STXM BL4U tại cơ sở synchrotron UVSOR tại Viện Khoa học Phân tử (Okazaki, Nhật Bản). Kích thước điểm của chùm tia được hội tụ quang học với tấm vùng Fresnel là khoảng 50 nm. Bước năng lượng là 0,1 eV đối với cấu trúc mịn của vùng gần cạnh (283,6–292,0 eV) và 0,5 eV (280,0–283,5 eV và 292,5–300,0 eV) đối với vùng mặt trước và mặt sau. thời gian cho mỗi điểm ảnh hình ảnh được đặt thành 2 ms. Sau khi hút chân không, buồng phân tích STXM được nạp heli ở áp suất khoảng 20 mbar. Điều này giúp giảm thiểu sự trôi nhiệt của thiết bị quang học tia X trong buồng và giá đỡ mẫu, cũng như giảm hư hỏng và/hoặc oxy hóa mẫu. Phổ carbon NEXAFS K-edge được tạo ra từ dữ liệu xếp chồng bằng phần mềm aXis2000 và phần mềm xử lý dữ liệu STXM độc quyền. Lưu ý rằng hộp đựng mẫu và hộp đựng găng tay được sử dụng để tránh quá trình oxy hóa và nhiễm bẩn mẫu.
Tiếp theo là phân tích STXM-NEXAFS, thành phần đồng vị của hydro, cacbon và nitơ của lát cắt Ryugu FIB đã được phân tích bằng cách sử dụng hình ảnh đồng vị với JAMSTEC NanoSIMS 50L. Một chùm tia chính Cs+ tập trung khoảng 2 pA để phân tích đồng vị cacbon và nitơ và khoảng 13 pA để phân tích đồng vị hydro được quét trên một diện tích khoảng 24 × 24 µm2 đến 30 × 30 µm2 trên mẫu. Sau khi phun trước trong 3 phút với dòng chùm tia chính tương đối mạnh, mỗi phân tích được bắt đầu sau khi ổn định cường độ chùm tia thứ cấp. Đối với phân tích đồng vị cacbon và nitơ, hình ảnh của 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– và 12C15N– đã được thu được đồng thời bằng cách sử dụng phát hiện ghép kênh nhân bảy electron với độ phân giải khối lượng khoảng 9000, đủ để tách tất cả các hợp chất đồng vị có liên quan. nhiễu (tức là 12C1H trên 13C và 13C14N trên 12C15N). Đối với phân tích đồng vị hydro, hình ảnh 1H-, 2D- và 12C- đã thu được với độ phân giải khối lượng khoảng 3000 với phát hiện nhiều lần sử dụng ba bộ nhân electron. Mỗi phân tích bao gồm 30 hình ảnh được quét của cùng một khu vực, với một hình ảnh bao gồm 256 × 256 pixel để phân tích đồng vị carbon và nitơ và 128 × 128 pixel để phân tích đồng vị hydro. Thời gian trễ là 3000 µs trên mỗi pixel để phân tích đồng vị carbon và nitơ và 5000 µs trên mỗi pixel để phân tích đồng vị hydro. Chúng tôi đã sử dụng 1-hydroxybenzotriazole hydrate làm tiêu chuẩn đồng vị hydro, carbon và nitơ để hiệu chuẩn phân đoạn khối lượng bằng dụng cụ45.
Để xác định thành phần đồng vị silicon của than chì tiền mặt trời trong hồ sơ FIB C0068-25, chúng tôi đã sử dụng sáu bộ nhân electron với độ phân giải khối lượng khoảng 9000. Hình ảnh bao gồm 256 × 256 pixel với thời gian trễ là 3000 µs cho mỗi pixel. Chúng tôi đã hiệu chuẩn một thiết bị phân đoạn khối lượng bằng cách sử dụng các tấm silicon làm chuẩn đồng vị hydro, carbon và silicon.
Hình ảnh đồng vị được xử lý bằng phần mềm hình ảnh NanoSIMS45 của NASA. Dữ liệu được hiệu chỉnh theo thời gian chết của bộ nhân electron (44 ns) và các hiệu ứng đến gần như đồng thời. Căn chỉnh quét khác nhau cho mỗi hình ảnh để hiệu chỉnh độ trôi của hình ảnh trong quá trình thu thập. Hình ảnh đồng vị cuối cùng được tạo ra bằng cách thêm các ion thứ cấp từ mỗi hình ảnh cho mỗi pixel quét.
Sau khi phân tích STXM-NEXAFS và NanoSIMS, các phần FIB tương tự đã được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (JEOL JEM-ARM200F) ở điện áp tăng tốc 200 kV tại Kochi, JAMSTEC. Cấu trúc vi mô đã được quan sát bằng TEM trường sáng và TEM quét góc cao trong trường tối. Các pha khoáng vật đã được xác định bằng nhiễu xạ electron tại chỗ và hình ảnh dải mạng, và phân tích hóa học đã được thực hiện bằng EDS với máy dò trôi silicon 100 mm2 và phần mềm JEOL Analysis Station 4.30. Đối với phân tích định lượng, cường độ tia X đặc trưng cho từng nguyên tố đã được đo ở chế độ quét TEM với thời gian thu thập dữ liệu cố định là 30 giây, diện tích quét chùm tia là ~100 × 100 nm2 và dòng chùm tia là 50 pA. Tỷ lệ (Si + Al)-Mg-Fe trong silicat phân lớp đã được xác định bằng cách sử dụng hệ số thực nghiệm k, hiệu chỉnh theo độ dày, thu được từ một tiêu chuẩn pyropagarnet tự nhiên.
Tất cả hình ảnh và phân tích được sử dụng trong nghiên cứu này đều có sẵn trên Hệ thống lưu trữ và truyền dữ liệu JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Bài viết này cung cấp dữ liệu gốc.
Kitari, K. et al. Thành phần bề mặt của tiểu hành tinh 162173 Ryugu được quan sát bởi thiết bị Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Chondrite cacbon loại Yamato (CY): tương tự bề mặt tiểu hành tinh Ryugu? Địa hóa học 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al. Phân tích thành phần đầu tiên của các mẫu Ryugu được thực hiện bằng kính hiển vi siêu phổ MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. et al. Phân tích sơ bộ mẫu Hyabusa2 lấy từ tiểu hành tinh loại C Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).