Multi-isotopic analyses of the samples returned from Ryugu: Toward the comprehensive understanding of the origin and formation history of C-type asteroids

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21KK0058
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 横山 哲也 東京工業大学, 理学院, 教授 (00467028)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 羽場 麻希子 東京工業大学, 理学院, 助教 (30598438) ; 深井 稜汰 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特任助教 (10848469)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2026-03-31
• Keywords: はやぶさ2 / リュウグウ / C型小惑星 / サンプルリターン / 同位体分析

Outline of Annual Research Achievements

はやぶさ2初期分析化学班として、リュウグウ試料および関連する隕石の化学分析および同位体分析を継続した。一連の分析により、リュウグウがCIコンドライトに似た化学組成・同位体組成を持つことが明らかとなった。2022年6月には研究代表者を筆頭著者とした初期分析に関する最初の論文がScience誌に掲載され、大きなインパクトを与えた（Yokoyama et al., 2022）。さらに、リュウグウ初期分析化学班からFe同位体に関する論文（Hopp et al., 2022）、Ca同位体に関する論文（Moynier et al., 2022）、Zn-Cu同位体に関する論文（Paquet et al., 2022）がいずれも著名な国際誌に掲載された。Fe、Ca、Zn-Cu同位体分析に用いられたリュウグウ試料は、全て研究代表者が開発したマルチ元素分離技術を適用して分離抽出したのち、国外の共同研究者に送られたものである。このほか、本研究課題の海外研究協力者が所属するメリーランド大学、カーネギー研究所、およびスイス連邦工科大学チューリッヒ校に送付した試料の同位体分析も順次行われた。カーネギー研究所で行われたSm-Nd同位体分析の結果は論文としてまとめ、国際誌MAPSに投稿済みである。メリーランド大学で行われたMo同位体分析については学会発表を終え、論文投稿目前である。また、スイス連邦工科大学で行われたZr同位体分析についても、今夏に学会発表を予定しており、順調に成果が出ている。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

上記の通り、リュウグウ初期分析に関しては予想を上回るペースで論文を公表できている。Science誌を筆頭に、Science Advances誌, Nature Astronomy誌など、トップレベルのジャーナルに掲載され、研究分野を超えて大きなインパクトを与えている。また、本研究経費の一部を使って導入したトリプル四重極ICP-MSは順調に稼働しており、立ち上げた微量元素分析法はリュウグウ試料や隕石試料の分析において不可欠な存在となっている。また、微量元素に加え、隕石の主成分元素の分析も立ち上げに成功した。このように、本研究課題は当初の計画以上に進展しているといえる。なお、2022年度も新型コロナウイルスの蔓延が収まらなかったため、研究代表者および分担者が海外研究機関に直接渡航して共同研究を実施することはできなかった。この点は2023年度に改善されると期待される。

Strategy for Future Research Activity

2023年2月、本研究課題の代表者をPI、分担者2名をCo-Iとしたリュウグウ試料の国際公募（第2回AO）が採択され、新たにリュウグウ試料8点が分配された。今後はこれら試料の元素存在度および同位体分析を実施する。特に着目しているのは、リュウグウの水質変成によって生じた二次鉱物とリュウグウの同位体組成変動の関係である。予察的な分析により、二次鉱物のドロマイトとマグネタイト、硫化物が多いリュウグウ試料とそれら鉱物が少ない試料とでは、核合成起源54Cr同位体異常の程度に大きな違いがあることがわかってきた。AO試料を用いた分析では、この点に着目していく。

Causes of Carryover

2022年度内に分担者が海外研究機関に渡航し、先方の装置などを用いた国際共同研究を実施する予定であった。しかし、新型コロナウイルスの蔓延が収まらず、渡航そのものを延期する必要が生じた。海外研究機関への渡航は2023年度内に実施する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] メリーランド大学/カーネギー研究所/シカゴ大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: メリーランド大学/カーネギー研究所/シカゴ大学
• [Int'l Joint Research] スイス連邦工科大学チューリッ ヒ校(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: スイス連邦工科大学チューリッ ヒ校
• [Int'l Joint Research] パリシテ大学(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: パリシテ大学
• [Journal Article] Strontium isotope evidence for the repeated formation of refractory inclusions in the Allende meteorite (2023)
  • Author(s): Masuda, Y., Yokoyama, T.
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: 345 Pages: 50-61
  • DOI: 10.1016/j.gca.2023.01.024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of the Residual Mass Fractionation in High‐Precision Cr Isotopic Analysis with TIMS (2023)
  • Author(s): Yokoyama, T., Ohkuma, Y., Nishikawa, K., Sumiya, K., Gautam, I.
  • Journal Title: Geostandards and Geoanalytical Research Volume: ― Pages: ―
  • DOI: 10.1111/ggr.12479
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Samples returned from the asteroid Ryugu are similar to Ivuna-type carbonaceous meteorites (2023)
  • Author(s): Yokoyama, T., Nagashima, K. et al.
  • Journal Title: Science Volume: 379 Pages: eabn7850
  • DOI: 10.1126/science.abn7850
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Oxygen isotopes of anhydrous primary minerals show kinship between asteroid Ryugu and comet 81P/Wild2 (2022)
  • Author(s): Kawasaki, N., Nagashima, K., et al.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Pages: eade2067
  • DOI: 10.1126/sciadv.ade2067
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Contribution of Ryugu-like material to Earth’s volatile inventory by Cu and Zn isotopic analysis (2022)
  • Author(s): Paquet, M., Moynier, F., Yokoyama, T., et al.
  • Journal Title: Nature Astronomy Volume: 7 Pages: 182-189
  • DOI: 10.1038/s41550-022-01846-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Solar System calcium isotopic composition inferred from Ryugu samples (2022)
  • Author(s): Moynier F., Dai W., Yokoyama T., et al.
  • Journal Title: Geochemical Perspectives Letters Volume: 24 Pages: 1~6
  • DOI: 10.7185/geochemlet.2238
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ryugu’s nucleosynthetic heritage from the outskirts of the Solar System (2022)
  • Author(s): Hopp, T., Dauphas, N. et al.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Pages: eadd8141
  • DOI: 10.1126/sciadv.add8141
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Presolar Stardust in Asteroid Ryugu (2022)
  • Author(s): Barosch, J, Nittler, L.R., et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 935 Pages: L3
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac83bd
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The Ryugu Reference Powder (RRP): A consortium study of elemental and isotopic solar system abundances. (2023)
  • Author(s): Yokoyama, T., Dauphas, N., Fukai, R., Usui, T., Tachibana, S., Schoenbaechler, M., Busemann, H., Abe, M., Yada, T.
  • Organizer: Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nickel isotopic composition of Ryugu samples returned by the Hayabusa2 mission. (2023)
  • Author(s): Spitzer, F., Burkhardt, C., Kleine, T., …, Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An exploration of hydrogen content in magnetite from asteroid Ryugu. (2023)
  • Author(s): Aleon, J., Mostefaoui, S., Bureau, H., Vangu, D., Khodja, H., …, Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High precision sims oxygen isotope analyses of carbonates in Ryugu. (2023)
  • Author(s): Kita, K. N., Kitajima, T., Kawasaki, N., Nagashima, K., Sakamoto, N., Yurimoto, H., …, Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Samarium and neodymium isotopic compositions of C-type asteroid (162173) Ryugu. (2023)
  • Author(s): Z. A. Torrano, Z. A., Jordan, M. K., Mock, T. D., Carlson, R. W., Yokoyama, T., Gautam, I., et al.
  • Organizer: Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Radiogenic, nucleosynthetic, and stable isotope variations in strontium in samples returned by Hayabusa2 of Cb-type asteroid Ryugu. (2023)
  • Author(s): Wadhwa, M., Y. Masuda, Y., Rai, V. K., I. Gautam, I., Haba, M. K., Yokoyama, T., Hines, R., et al.
  • Organizer: Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アルカリ融解法によるコンドライト中のCrおよびTi同位体組成の決定 (2022)
  • Author(s): 大熊悠介、 横山哲也、 飯塚毅、 増田雄樹
  • Organizer: 同位体比部会2022, 箱根
• [Presentation] Chemical abundances in Ryugu, nugget effect, and cosmic composition. (2022)
  • Author(s): Dauphas, N., Yokoyama, T., Fukai, R., Usui, T., Tachibana, S., Sch?nb?chler, M., Davis, A. M., Yurimoto, H., et al.
  • Organizer: Hayabusa Symposium 2022, Sagamihara, Kanagawa.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oxygen and carbon isotope compositions of Ryugu’s carbonates: Constraints on the conditions of aqueous alteration. (2022)
  • Author(s): Fujiya, W., Kawasaki, N., Nagashima, K., Alexander, C. M. O’D., Yurimoto, H., … Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: Hayabusa Symposium 2022, Sagamihara, Kanagawa.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oxygen isotope analyses of magnetite in Ryugu. (2022)
  • Author(s): Kita, K. N., Kitajima, T., Nagashima, K., Kawasaki, N., Sakamoto, N., Yurimoto, H., …, Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: Hayabusa Symposium 2022, Sagamihara, Kanagawa.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Zinc, copper and calcium isotopic composition of Ryugu’s samples. (2022)
  • Author(s): Moynier, F., Paquet, M., Dai, W., Yokoyama, T., Hu, Y., et al.
  • Organizer: Hayabusa Symposium 2022, Sagamihara, Kanagawa.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distinct ages and temperatures of aqueous activities recorded in Ryugu samples. (2022)
  • Author(s): Nagashima, K., Kawasaki, N., Sakamoto, N., Fujiya, W., Yurimoto, H., …, Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: Hayabusa Symposium 2022, Sagamihara, Kanagawa.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molybdenum and Osmium isotopic compositions of Ryugu sample. (2022)
  • Author(s): Nakanishi, N., Ishikawa, A., Yokoyama, T., Walker, R.J.
  • Organizer: Hayabusa Symposium 2022, Sagamihara, Kanagawa.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 隕石の精密同位体分析に基づく銀河系化学進化とr核種の起源 (2022)
  • Author(s): 横山哲也
  • Organizer: 天の川銀河研究会2022, 鹿児島大学
• [Presentation] 元素の起源と地球化学 (2022)
  • Author(s): 横山哲也
  • Organizer: 放射化学討論会2022, 東京大学
  • Invited
• [Presentation] アエンデ隕石細粒CAIの核合成起源Ti同位体異常 (2022)
  • Author(s): 増田雄樹、横山哲也、飯塚毅、日比谷由紀
  • Organizer: 日本地球化学会2022年会, 高知大学
• [Presentation] 火星隕石のクロム同位体組成 (2022)
  • Author(s): 西川慶次、横山哲也
  • Organizer: 日本地球化学会2022年会, 高知大学
• [Presentation] Hydrogen isotopic composition of water in Ryugu samples returned by the Hayabusa2 mission. (2022)
  • Author(s): Piani, L., Marrocchi1, Y., Nagashima, K., Kawasaki, N., Sakamoto, N, Bajo, K., Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: MetSoc, Glasgow, UK.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nickel isotopic composition of Ryugu samples returned by the Hayabusa2 mission. (2022)
  • Author(s): Spitzer, F., Burkhardt, C., Kleine, T., …, Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: MetSoc, Glasgow, UK.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Presolar C- and O-rich grains in the matrix and a clast in asteroid Ryugu. (2022)
  • Author(s): Nguyen, A. N., Mane, P., Piani, L., …, Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: MetSoc, Glasgow, UK.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cr and Ti isotope systematics of Ryugu samples. (2022)
  • Author(s): Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: Goldschmidt Conference, Hawaii, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pb isotopic compositions of Ryugu samples and carbonaceous chondrites. (2022)
  • Author(s): Haba, M.K., Yokoyama, T., et al.
  • Organizer: Goldschmidt Conference, Hawaii, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distribution of rare-earth elements in fine-grained Calcium and Aluminum-rich inclusions from Allende meteorite. (2022)
  • Author(s): Masuda, Y., Niki, S., Yokoyama, T., Hirata, T.
  • Organizer: Goldschmidt Conference, Hawaii, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 5-stage multielement separation procedure: A unique and essential tool for the multi-isotopic analyses of precious (< 30 mg) meteorites and asteroidal materials. (2022)
  • Author(s): Gautam, I., Yokoyama, T., Ohkuma, Y., Iizuka, T., Horan, M.F., Carlson, R.W.
  • Organizer: Goldschmidt Conference, Hawaii, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Simple and accurate determination of chalcophile and highly siderophile elements in carbonaceous chondrites using triple quadrupole ICP-MS. (2022)
  • Author(s): Ishikawa, A., Nakano,S., Fujita, R., Yokoyama, T.
  • Organizer: Goldschmidt Conference, Hawaii, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The isotopic variations in bulk-scale carbonaceous chondrites and the possible targets in the next sample return mission. (2022)
  • Author(s): Fukai, R., Yokoyama, T., Arakawa, S., Homma, K., Okuzumi, S., Shimaki, Y.
  • Organizer: Goldschmidt Conference, Hawaii, USA.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Recent progress on the application of nucleosynthetic isotope anomalies in meteorites to elucidate the origin of r-process nuclides. (2022)
  • Author(s): Yokoyama, T., Tsujimoto, T., Fukai, R.
  • Organizer: JpGU 2022, 幕張
  • Invited
• [Presentation] 地球外物質の精密Cr同位体測定法の開発 (2022)
  • Author(s): 横山 哲也、住谷 格生、大熊 悠介、西川 慶次
  • Organizer: JpGU 2022, 幕張
• [Presentation] Rare-earth element imaging of fine-grained calcium and aluminum-rich inclusions in Allende meteorite. (2022)
  • Author(s): Masuda, Y., Niki, S., Yokoyama, T., Hirata, T.
  • Organizer: JpGU 2022, 幕張
• [Presentation] コロンビア, ゴルゴナ島に産する顕生代コマチアイトのマグマ源：オスミウム同位体不均質性からの考察 (2022)
  • Author(s): 井原 悠太、石川 晃、清水 健二、横山 哲也
  • Organizer: JpGU 2022, 幕張
• [Presentation] 炭素質隕石・非炭素質隕石の同位体組成バリエーション (2022)
  • Author(s): 深井稜汰, 荒川創太, 本間和明, 横山哲也, 奥住聡, 嶌生有理
  • Organizer: JpGU 2022, 幕張
• [Remarks] はやぶさ2初期分析 化学分析チーム 研究成果の科学誌「Science」論文掲載について
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2022/064275
• [Remarks] リュウグウは太陽系の果てからやってきた
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2022/065125
• [Remarks] リュウグウの銅・亜鉛同位体分析が解き明かす地球の揮発性物質の起源
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2022/065502
• [Remarks] 小惑星リュウグウは彗星の近くで誕生
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2022/065538