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通过热电离质谱法分析NASA OSIRIS-REx返回的Bennu小行星样本的Nd和Sm同位素组成，发现其与CI型碳质球粒陨石同位素特征一致，且Sm同位素显示宇宙射线暴露导致的149Sm亏损，年龄估算为4.4±1.2万年。研究验证了使用1013Ω放大器分析小样本（如Bennu的120ng Nd和40ng Sm）的技术可行性，并对比了Ryugu样本的分析结果。
扎卡里·A·托拉诺（Zachary A. Torrano）| 米歇尔·K·乔丹（Michelle K. Jordan）| 洛里·N·威尔海特（Lori N. Willhite）| 理查德·W·卡尔森（Richard W. Carlson）
美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室，核与放射化学小组（Los Alamos National Laboratory, Nuclear and Radiochemistry Group）
摘要
我们报告了NASA的OSIRIS-REx任务从小行星（101955）贝努（Bennu）带回的样本中钕（Nd）和钐（Sm）的同位素组成，以评估贝努与已知陨石群以及从龙宫（Ryugu）小行星带回的样本之间的潜在亲缘关系，并追踪贝努的宇宙射线暴露历史。我们使用10^13 Ω放大器通过热电离质谱法测量了Nd和Sm的同位素组成。我们还探讨了决定样本大小的限制因素，这些因素决定了高增益放大器能否提供比10^11 Ω放大器更高的分析精度。贝努表现出负的μ^142Nd和μ^144Sm同位素组成，这与之前记录的碳质球粒陨石和龙宫的特性一致。贝努还显示出^149Sm的明显缺失，这是由于受到银河宇宙射线的影响，这一点通过^150Sm/^152Sm和^149Sm/^152Sm比值与预期的中子捕获相关线一致得到证实。假设采集的是近表面物质，^149Sm的缺失表明其暴露年龄为440万±120万年，这一时间与从其他参数推断出的贝努年龄相符。
引言
NASA的OSIRIS-REx（起源、光谱解释、资源识别和安全性-风化层探测器）任务从小行星（101955）贝努上采集了样本。从发射到样本返回地球的七年任务中，大约有120克的贝努风化层被带回（Lauretta等人，2024年）。对贝努样本的实验室分析表明，其元素丰度与CI球粒陨石相似，并且大多数挥发性元素的丰度高于CM、CV、CK和未分类的碳质球粒陨石（Lauretta等人，2024年；Barnes等人，2025年）。这种元素组成与日本宇宙航空研究开发机构的Hayabusa2任务从（162173）龙宫小行星带回的样本相匹配，但没有出现由于“小块效应”导致的元素富集（例如，Yokoyama等人，2025年）。对航空电子板上的快速观察（Quick Look，QL）样本的分析显示，10种流体可移动元素的组成与CI球粒陨石和龙宫有所不同（Lauretta等人，2024年）。这表明贝努经历了热液作用，后续的矿物学分析也支持了这一观点（Zega等人，2025年）。贝努样本的同位素分析还显示，在某些同位素系统中，贝努与CI球粒陨石的组成相似，而在其他系统中则存在差异（例如，Barnes等人，2025年）。观察到的组成和同位素差异表明，贝努、龙宫和CI球粒陨石可能起源于外太阳系原行星盘中的一个共同但空间或时间上异质的储库（Barnes等人，2025年）。
行星材料的Nd和Sm同位素组成是非常有价值的工具，因为它们记录了母体的形成区域和类型的核合成同位素特征，而Sm的同位素对热中子捕获敏感，因此可以用来确定样本的宇宙射线暴露历史。碳质球粒陨石的^142Nd/^144Nd比值比地球岩石低约30 ppm，这与顽火辉石和普通球粒陨石不同，后者的^142Nd/^144Nd比值仅低10–20 ppm（Boyet和Carlson，2005年；Carlson等人，2007年；Gannoun等人，2011年；Bouvier和Boyet，2016年；Burkhardt等人，2016年；Fukai和Yokoyama，2017年；Fukai和Yokoyama，2019年；Saji等人，2020年；Frossard等人，2022年；Johnston等人，2022年；Torrano等人，2024年）。龙宫样本也表现出与碳质球粒陨石相似或略大的^142Nd/^144Nd缺失（Torrano等人，2024年）。碳质球粒陨石中的^142Nd/^144Nd缺失伴随着^145Nd/^144Nd、^148Nd/^144Nd和^150Nd/^144Nd比值的升高，这些同位素变化被解释为核合成特征，反映了碳质球粒陨石中s过程Nd同位素的缺失（Carlson等人，2007年；Qin等人，2011年；Gannoun等人，2011年；Burkhardt等人，2016年；Fukai和Yokoyama，2017年；Saji等人，2020年），以及来自短寿命^146Sm放射性衰变的^142Nd的额外贡献（Boyet和Carlson，2005年；Frossard等人，2022年；Johnston等人，2022年）。
碳质球粒陨石中的Sm核合成异常主要表现为^144Sm/^152Sm比值约低50–100 ppm，这也与顽火辉石和普通球粒陨石不同（Andreasen等人，2006年；Carlson等人，2007年；Frossard等人，2022年）。这种缺失可能也存在于龙宫样本中，但由于样本量小，之前的分析无法将其从零值中分辨出来（Torrano等人，2024年）。外星物体中的钐同位素变化也是由于银河宇宙射线照射导致^149Sm被热中子捕获生成^150Sm（例如，Russ等人，1971年）。这些陨石和小行星样本中的同位素组成可以用来表征母体的辐照和暴露历史（例如，Hidaka等人，2000年；Leya等人，2000年；Torrano等人，2024年）。与其他碳质球粒陨石群相比，CI球粒陨石通常表现出更大的^149Sm缺失和更大的^150Sm过剩（Carlson等人，2007年；Frossard等人，2022年；Torrano等人，2024年）。
由于工程和采样限制，机器人采样任务带回的样本量可能很小。因此，必须调整分析方法，以最大化对有限样本量的分析准确性和精度，这些样本量可能比地质或陨石样本分析中通常测量的样本量要小。例如，Hayabusa2任务从龙宫小行星带回了5.4克物质，是从贝努带回的物质的约20分之一。在之前的工作中，我们使用配备10^13 Ω放大器的热电离质谱仪（TIMS），每份样本仅测量了约7至11纳克的Nd和约2至3.5纳克的Sm（Torrano等人，2024年），而不是通常用于分析较大陨石样本的10^11 Ω放大器。对于贝努样本，我们收到了约120纳克的Nd和约40纳克的Sm，并决定再次使用配备10^13 Ω放大器的TIMS进行分析。这样做是为了确保能够成功分析小样本，与我们的龙宫结果进行直接比较，确定使用这种仪器设置对较大样本量所能达到的分析精度，并与其他分析方法从贝努中获得的Nd和Sm数据精度和准确性进行有用比较。
在这项工作中，我们测量了贝努样本的Nd和Sm同位素组成，以评估贝努和龙宫小行星与已知球粒陨石群之间的潜在亲缘关系，并追踪贝努的宇宙射线暴露历史。在之前的工作中已经报道了如何对返回的小样本量中的Nd和Sm同位素组成进行测量（Torrano等人，2024年），本研究扩展了这些新的分析技术，并提供了额外的数据和方法，以指导未来的分析工作。
部分摘录
样本
我们分析了0.242克的贝努样本OREX-800193–0，同时分析了多个地球化学参考物质BCR-2和史密森尼阿连德参考粉末（以下简称“阿连德”）的样本，以验证分离和纯化化学方法的性能以及质谱技术的准确性和精度（表1）。
样本制备
贝努样本OREX-800193–0以0.242克的固体样本形式送达卡内基科学研究所地球与行星实验室（EPL）。该样本在干净的玛瑙研钵中捣碎，然后将粉末样品转移到含有2:1 HF:HNO3混合物的15毫升Savillex?特氟龙烧杯中，并置于125°C的热板上10天。去除上清液后，将未溶解的剩余样品转移到Parr炸弹内的3毫升Savillex?特氟龙烧杯中
整体元素丰度
这里测量的贝努样本中的主要和微量元素丰度显示在表2中。所有元素丰度都在分析不确定性范围内，与之前报道的贝努TAGSAM整体元素丰度数据一致（Lauretta等人，2024年；Barnes等人，2025年）。
Nd和Sm同位素组成
BCR-2、阿连德和贝努的Nd和Sm同位素组成显示在表3中。地质标准的Nd和Sm数据在不确定性范围内与JNdi-1获得的平均值重叠
元素丰度
该样本的元素丰度与CI球粒陨石的丰度在分析不确定性范围内一致，总体上与Lauretta等人（2024年）和Barnes等人（2025年）之前测量的贝努TAGSAM材料的丰度一致（图1）。对航空电子板上的贝努材料进行的另一项已发表的测量显示，许多元素的组成有所不同，特别是那些具有流体流动性的元素，这表明贝努经历了热液作用（Lauretta等人，
结论
在这项研究中，我们报告了小行星（101955）贝努的Nd和Sm同位素组成。本研究的主要结论如下：
1.贝努的整体元素丰度与CI球粒陨石的组成非常相似，没有表现出龙宫中存在的元素富集。
2.本研究使用的分析技术证明了使用10^13 Ω放大器通过TIMS测量约100纳克或更少分析物的Nd和Sm同位素异常的能力。
未引用的参考文献
Boyet和Carlson（2007年）。CRediT作者贡献声明
扎卡里·A·托拉诺（Zachary A. Torrano）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，项目管理，方法学，调查，概念化。米歇尔·K·乔丹（Michelle K. Jordan）：撰写 – 审稿与编辑，验证，项目管理，方法学，调查。洛里·N·威尔海特（Lori N. Willhite）：撰写 – 审稿与编辑，验证，项目管理，方法学，调查。理查德·W·卡尔森（Richard W. Carlson）：撰写 – 审稿与编辑，验证，项目管理，方法学，调查。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
贝努小行星样本及相关飞行硬件由起源、光谱解释、资源识别和安全性-风化层探测器（OSIRIS-REx）航天器送达地球，这是NASA新前沿OSIRIS-REx任务的一部分，该任务有加拿大航天局（CSA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的国际合作伙伴。NASA OSIRIS-REx的样本由NASA约翰逊航天中心的太空材料采集与保管办公室负责管理。
