探索Ryugu样本中核合成同位素变异的起源

宇宙航空研究开发机构(JAXA)的隼鸟二号太空任务带着在地球和火星之间绕太阳运行的小行星龙宫的样本返回地球。对 Ryugu 样本的初步化学分析表明，这颗小行星富含挥发性和富含有机物的物质，这与被称为伊武纳型碳质球粒陨石 (CI) 的陨石类相似。此类小行星由于其化学成分与太阳系诞生时的元素环境非常相似而引起了科学家的关注。

研究表明，铬(54 Cr/ 52 Cr)和钛比率(50 Ti/ 47 Ti)的同位素异常(通常分别表示为 ε 54 Cr 和 ε 50 Ti)可以帮助破译地外化学成分的核合成起源。材料。虽然 Ryugu 样品中其他元素的同位素变异性与 CI 中的相似，但 Cr 同位素的异常与文献中记录的略有不同。为了揭开这些偏差的根源，由东京工业大学 Tetsuya Yokoyama 教授领导的国际科学家小组最近研究了五个不同 Ryugu 样品中的ε 54 Cr 和 ε 50 Ti。他们的研究结果发表在《科学进展》杂志上。

“之前对小行星样本的研究表明，龙宫型和伊武纳型碳质球粒陨石诞生在一个共同的地方;比其他陨石母体更遥远的太阳系部分。然而，Ryugu 和 CI 之间 Cr 同位素异常的轻微差异引发了一个问题，即这种异质性是否是由于出生地的差异造成的，或者是由它们母体吸积后发生的二次过程引起的。”横山教授解释道。

为了精确分析 Cr 和 Ti 异常，研究小组从第一次着陆地点选择了两个 Ryugu 样本，从第二次着陆地点选择了三个样本。样品首先在酸中消化，然后进行电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 和热电离质谱 (TIMS)。重量小于 24 毫克的样品的测试结果表明 ε 50 Ti的变化很小，并且与 CI 的可用数据一致。对于 ε 54 Cr 值而言，情况并非如此，其分散度超过了之前报告的 CI 值。然而，当样品大于 90 毫克时，发现同位素相似性。这一观察结果表明，在微观层面上，Cr同位素在Ryugu母体中的分布并不均匀，而在宏观层面上，Ryugu具有与CI相似的Cr同位素组成，从而证实了Ryugu和CI具有共同遗传遗产的观点。

对样品的进一步分析表明，Cr同位素分布的微观不均匀性是由54 Cr富集太阳系前纳米粒子和含Cr次生矿物的物理化学分馏引起的。这种现象归因于小行星内的水相变化。小行星中的水溶解了微溶的 Cr，而富含54 Cr 的前太阳纳米颗粒未溶解，使贫54 Cr 流体在体内循环，导致贫54 Cr次生矿物沉淀。该团队对放射性同位素53 Cr 进行的分析支持了这一假设，该分析表明次生矿物的沉淀发生在太阳系诞生后约 520 万年。

地外物质中的核合成54 Cr 异常通常与其星云起源有关，但这项研究表明，小行星物质中明显的54 Cr 变异也可能是由母体过程引起的，例如水的元素重新分配。

“与从太空坠落到地球的陨石不同，龙宫样本不受陆地污染的影响，它们对于解开太阳系的最早历史特别有价值，因为它们保留了原始的化学特征。因此，这项研究距离充分了解我们的化学历史又近了一步。”横山教授总结道。

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