Tomografía de neutrones de ataúdes de animales sellados de aleación de cobre del antiguo Egipto

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 4582 (2023) Citar este artículo

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La momificación de animales era algo común en el antiguo Egipto, y los restos de muchos animales se colocaban dentro de estatuas o cajas votivas con representaciones de animales o criaturas híbridas entre humanos y animales. Las cajas votivas estaban hechas de diversos materiales y, a menudo, selladas; Algunas cajas aún se conservan en este estado en colecciones de museos. Un estudio previo de cajas votivas selladas de aleación de cobre de la colección del Museo Británico utilizó tomografía computarizada de rayos X para buscar restos de animales, donde se obtuvo una mala calidad de imagen debido a la atenuación de las cajas y a los metales aparentemente densos en su interior. En este estudio, se aplicó tomografía de neutrones a seis de las cajas votivas examinadas previamente. En el interior de tres de las cajas se descubrieron restos de animales, probablemente de lagartos, y fragmentos de envoltorios textiles. Los neutrones descubrieron evidencia del proceso de fabricación y las posteriores reparaciones de las cajas. También se identificaron cantidades importantes de plomo en tres cajas. Los hallazgos demuestran la eficacia de la tomografía de neutrones para el estudio de restos momificados dentro de contenedores metálicos sellados y proporcionan evidencia que vincula las figuras de animales representadas en la parte superior de las cajas votivas con los restos ocultos.

La momificación de animales era una práctica muy extendida en el antiguo Egipto. En el interior de muchos complejos religiosos se han descubierto restos de animales, que se cree que son encarnaciones físicas de deidades, ofrendas votivas o parte de una actuación ritual, y que en su mayoría datan del primer milenio a. C.1,2,3,4. En ocasiones, los restos se colocaban dentro de estatuas de animales o dentro de cajas que presentaban una representación del animal en la parte superior1,4,5,6,7,8. En la literatura egiptológica se hace referencia indistintamente a estas cajas como "ataúdes de animales" o "cajas votivas", aunque no siempre está claro si contienen sistemáticamente los restos de un animal o si eran de naturaleza votiva en lugar de realizar alguna función ritual9. En las cajas estaban representadas muchas especies animales, incluidos halcones, gatos, mangostas, serpientes, anguilas, lagartos y musarañas. En la fabricación de las cajas se utilizaron diferentes materiales, incluida madera, piedra caliza y aleaciones de cobre (especialmente bronce o bronce al plomo10,11), y varían ampliamente en su forma y tamaño.

Mediante radiografía8 se descubrió que una pequeña caja de piedra caliza rematada por una figura de musaraña, descubierta en Saqqara, contenía una momia de musaraña. No se descubrieron restos de envoltorios en la caja, aunque no se pudo descartar su presencia original. También se ha utilizado la radiografía para descubrir una momia de serpiente dentro de una caja de madera coronada por una figura de serpiente7.

Las cajas votivas de aleación de cobre se fabricaban normalmente mediante fundición, con una abertura en un extremo que posteriormente se sellaba con un tapón de yeso y un panel metálico. Muchas de estas cajas no estaban intactas cuando fueron descubiertas y, por lo general, no había restos de animales en su interior. Se encontraron fragmentos de hueso de gato dentro de una abertura en una caja de bronce con una figura de bronce de un gato sentado en la parte superior12 (Museo Británico EA65795). En algunos casos, dentro de las cajas sólo se encontraron trozos de tela, posiblemente restos de envoltorios de animales1.

La tomografía computarizada (TC) de rayos X se ha aplicado con éxito al estudio no invasivo de momias de animales envueltas y sin envolver, utilizando escáneres de TC médicos, sistemas de TC de rayos X de microenfoque basados en laboratorio y con microtomografía de sincrotrón13,14,15. Una limitación de las imágenes de rayos X es la presencia de metal (particularmente plomo o bronce con plomo) u otros materiales muy densos en la trayectoria del haz. La atenuación de los rayos X por objetos densos produce artefactos en la imagen en volúmenes de TC de rayos X reconstruidos, como rayas y endurecimiento del haz16,17. Estos artefactos pueden oscurecer características de interés, particularmente aquellas en materiales de menor densidad.

Un estudio anterior aplicó radiografías y tomografías computarizadas de rayos X a un grupo de ocho cajas votivas intactas de aleación de cobre en la colección del Museo Británico, coronadas por representaciones de anguilas, reptiles e híbridos humano-anguila-cobra9. Las tomografías computarizadas con rayos X mostraron huesos de animales dentro de algunas de las cajas, aunque la calidad de la imagen se vio obstaculizada por la fuerte atenuación de los rayos X del metal, a pesar del uso de voltajes de tubos de rayos X de hasta 450 kV. Tanto en radiografía como en tomografía computarizada de rayos X se observaron indicaciones del proceso de fabricación de las cajas y de los métodos utilizados para sellar los extremos abiertos. Dentro de tres de las cajas, se identificaron objetos muy densos a partir de los intensos artefactos de rayas en los datos. Se sospechaba que estaban hechos de aleación de cobre o plomo, pero no se pudieron revelar más detalles debido a su grosor y densidad.

Las imágenes de neutrones se han establecido como una técnica no invasiva complementaria a las imágenes de rayos X18,19. Mientras que los rayos X suelen ser más atenuados por elementos con mayor número atómico, los neutrones no muestran tal correlación; En particular, a diferencia de los rayos X, los neutrones están fuertemente atenuados por el hidrógeno y débilmente por los metales, incluido el plomo. Por lo tanto, las imágenes de neutrones pueden ser particularmente efectivas para detectar material orgánico y, en general, materiales livianos, encerrados dentro de envolturas densas (por ejemplo, agua dentro de rocas porosas20). Estas propiedades se han aplicado con éxito a estudios del patrimonio cultural: revelando el contenido orgánico de estatuas de bronce de Buda tibetano21,22 y reliquias dentro de un altar de piedra23; examinar la fabricación de un modelo de barco en bronce24; y mapear las fases de corrosión en espadas de hierro25. La tomografía de neutrones también se ha comparado con la TC de rayos X en el estudio de una momia de gato envuelta26. En un estudio de 1985 realizado por Jett, Sturman y Drayman-Weisser, se descubrió que una estatua de bronce de un halcón en el Museo de Arte Walters, Baltimore, contenía huesos de ave mediante el uso de un endoscopio insertado a través de una pequeña abertura en su cabeza. La radiografía no pudo revelar más información sobre los restos debido a la fuerte atenuación de los rayos X del bronce; La radiografía de neutrones proporcionó una imagen mucho mejor de los huesos dentro de la estatua6.

Este artículo detalla la tomografía de neutrones de seis cajas votivas de aleación de cobre de la colección del Museo Británico previamente estudiadas con radiografía e imágenes de TC de rayos X9. Estos raros ejemplos de cajas aún selladas se seleccionaron en función de la posible presencia de características/materiales interesantes en su interior sugeridos por el estudio anterior. Existe un debate entre los egiptólogos sobre la naturaleza y función de dichas cajas, de ahí el interés en comprobar la presencia o ausencia de momias de animales en su interior. Muchas cajas son muy pequeñas y no habrían podido albergar el cuerpo del animal momificado representado en la parte superior, o al menos no el cuerpo completo. También es difícil demostrar que estas cajas fueran exclusivamente objetos votivos. Discusiones recientes sobre los bronces egipcios producidos en masa, que son contemporáneos de este grupo de seis cajas y que a menudo se encuentran en contextos arqueológicos similares, sugieren que algunos podrían haber sido utilizados durante rituales27, lo que también puede haber sido el caso de algunas de estas cajas. Basándose en trabajos anteriores, los objetivos del experimento eran identificar restos orgánicos dentro de las cajas, obtener información sobre su fabricación e identificar los objetos densos desconocidos observados previamente dentro de tres de las cajas.

Tres de las cajas votivas examinadas en este estudio (números de acceso al Museo Británico EA27584, EA49144 y EA49146) fueron descubiertas en Naukratis, en el delta occidental del Nilo, en 1885. Naukratis era un puerto internacional fundado a finales del siglo VII a. C. y era una parte clave de una red comercial entre el mundo mediterráneo y el valle del Nilo. Las cajas presentan representaciones de lagartos y anguilas y se cree que datan del 500 al 300 a. C.2,4,28.

La caja EA36167, coronada por una figura de lagarto, fue descubierta en Tell el-Yehudiyeh, en el delta oriental del Nilo, y fue comprada por el Museo Británico en 1876. La caja se atribuye al Período Tardío (664-332 a. C.) y no hay más información. se conoce en su lugar de búsqueda o contexto. Una grieta estrecha corre a lo largo de la base de la caja, pero no parece llegar hasta el interior.

Las cajas EA71428 y EA36151 (cada una de procedencia desconocida) están rematadas con una figura en parte de anguila y en parte de cobra, con cabeza humana. La caja EA71428 se registró en la colección del Museo Británico en 1989 y la caja EA36151 fue comprada por el Museo en 1867. Es probable que ambas datan del Período Tardío, período ptolemaico temprano a más tardar, de mediados del siglo VII al III a.C. Las cajas votivas con representaciones de anguilas y lagartos se asociaban en el antiguo Egipto con el dios solar y creador Atum29. Atum se representa a menudo en forma antropomórfica, como una criatura con cabeza humana, mitad anguila y mitad cobra, que lleva una doble corona.

Las seis cajas votivas estudiadas están hechas de una aleación de cobre y todavía están selladas con un tapón de yeso; En el tapón de la caja EA49144 hay un taladro, aunque no lo penetra completamente. Los detalles y fotografías de las seis cajas se dan en la Tabla 1.

En los resultados que se detallan a continuación, se ha utilizado la siguiente convención para la orientación de los cortes tomográficos: derecha/izquierda: correspondiente a la derecha/izquierda adecuada de la criatura que corona la caja; frente: el extremo de la caja más cercano a la cabeza de la criatura (opuesto a la abertura sellada). Los cortes de la vista superior están orientados de manera que la pared derecha esté en la parte inferior y la pared frontal esté a la derecha del corte. Los cortes de la vista lateral están orientados de manera que la base de la caja esté en la parte inferior y la pared frontal esté a la derecha del corte. Los cortes de la vista frontal se ven desde el frente de la caja, de modo que las paredes izquierda y derecha se reflejan. Las incertidumbres en las mediciones de distancia son ± 0,2 mm para los primeros cinco cuadros enumerados (tamaño de vóxel reconstruido de 0,055 mm) y ± 0,4 mm para el cuadro EA36151 (tamaño de vóxel de 0,103 mm).

Se encontró que la caja coronada por dos lagartos contenía restos de animales y piezas textiles aparentemente utilizadas para envolver los restos antes de su colocación en la caja (Fig. 1). Aunque los restos del animal se encuentran fragmentados, se conserva un hueso largo de aprox. Se pueden ver 8,1 mm (Fig. 1a). El tejido podría ser lino, algodón o lana30, pero se cree que es lino, ya que se utiliza habitualmente en envoltorios de momias animales31. El tejido tiene un tejido suelto, con un espacio de 1 a 2 mm entre los hilos. Se puede ver evidencia de la técnica de fundición a la cera perdida32 en la presencia de coronas y una capa de material central (posiblemente arcilla) que cubre las paredes internas (Fig. 1b). Las coronas están incrustadas en las paredes de la caja y en el material del núcleo y atenuan fuertemente los neutrones (coeficientes de atenuación lineal de 1,5 a 1,6 cm-1), probablemente debido a productos de corrosión de metales que contienen hidrógeno, como los hidróxidos. La cantidad significativamente mayor de corrosión en las coronas sugiere que estaban hechas de hierro, ya que el hierro tiene más probabilidades de oxidarse que las aleaciones de cobre y, por lo tanto, se corroe más rápidamente. Se ven más evidencias de corrosión en las capas exteriores de la caja y en las figuras de lagartos. No hay discontinuidad visible entre la caja y los bucles o figuras de lagartos, lo que sugiere que todos fueron fabricados en una sola pieza. Las representaciones del volumen de CT de neutrones de la caja EA27584 se muestran en la información complementaria, figura S1.

Imágenes de TC de neutrones con proyección de intensidad máxima (MIP) multiplanar EA27584: (a) vista lateral, corte de 1,16 mm de espesor centrado a 6,1 mm del lado derecho de la caja, destacando la presencia de un hueso de 8,1 mm de largo (flecha continua); (b) vista superior, corte de 12,43 mm de espesor centrado a 8,3 mm de la base de la caja, que muestra la presencia de textiles, coronas corroídas (flechas sólidas) y material del núcleo (flechas discontinuas).

La tomografía neutrónica de la caja rematada por la figura de la anguila y dos asas de suspensión reveló la presencia de un tapón de yeso en un lado y fragmentos y concreciones en el extremo opuesto, pero ningún resto de animal identificable (Fig. 2). La característica más interesante es la presencia de un fragmento textil en el tapón de yeso, que muestra claramente los hilos individuales, espaciados aprox. 0,8 mm de distancia y dispuestos en un tejido tafetán (es decir, los hilos de urdimbre y de trama se cruzan en ángulo recto) (Fig. 2a). El enchufe continúa hasta 46 mm dentro de la caja. Se produce una fuerte caída en la atenuación de neutrones de la bujía desde aprox. 0,3–0,1 cm −1 más allá de una profundidad de 27 mm (en el límite entre las regiones indicadas 1 y 2 en la Fig. 2b, c). No está claro cuál es la causa de esta diferencia de atenuación; Una posible explicación es que el yeso del tapón sólo llega hasta esta profundidad, y más allá sólo se encuentra el tejido que amortigua menos. El orificio del conector, visible desde el exterior de la caja, de 3,5 mm de ancho, se extiende aprox. 5 mm en el enchufe. La tomografía computarizada de neutrones reveló otro vacío estrecho a lo largo del enchufe. Este vacío no es recto y varía de 0,2 a 0,9 mm de ancho, lo que sugiere que no se trata de un taladro, sino quizás de un espacio producido por el plegado del tejido dentro del tapón.

Cortes de TC de neutrones EA49144. (a) Vista lateral, corte de 3,2 mm desde el lado derecho de la caja (flecha sólida: textil en el enchufe). Cortes de vista superior a (b) 4,0 mm y (c) 5,3 mm desde la base de la caja, con regiones internas (1) tapón de yeso (2) extremo del tapón débilmente atenuante, (3) fragmentos. Flecha sólida: objeto no identificado adyacente al enchufe; flechas discontinuas: agujero perforado en el tapón; Flechas punteadas: vacío estrecho que se extiende a través del tapón.

El material fragmentado en la caja comprende una matriz que contiene múltiples objetos redondeados de hasta 1,2 mm de ancho con atenuaciones de neutrones que oscilan entre 0,6 y 0,9 cm-1. Hay un objeto adicional no identificado dentro de la caja, cerca del enchufe (Fig. 2b). El objeto mide aprox. 7,7 × 1,5 × 0,3 mm de tamaño, con forma de trozo de papel o tela rizado, y tiene una atenuación de neutrones de 0,9–1,0 cm−1.

Varias vértebras pequeñas que miden aprox. La TC de neutrones del cuadro EA49146 (Fig. 3) reveló 1 × 1,5 × 2 mm, así como múltiples fragmentos sueltos, posiblemente óseos. Se midió que los coeficientes de atenuación de neutrones de las vértebras y los fragmentos eran de 0,3 a 0,5 cm −1, comparables con el hueso largo del cuadro EA27584 (0,4 a 0,5 cm −1). Cerca de la parte superior del interior de la caja se vio un pequeño fragmento de tela que medía aprox. 3×3 mm. Hay tres coronas corroídas, una de las cuales se ha desprendido de la pared derecha y se encuentra suelta dentro de la caja.

Cortes de CT de neutrones multiplanares EA49146, promediados sobre un espesor de corte de 0,44 mm: (a) corte de vista lateral centrado a 7,0 mm desde el lado derecho de la caja (flecha sólida: tapón de cubierta de placa metálica, flecha punteada: tapón, flecha discontinua: corona suelta); (b) corte en vista lateral centrado a 11,7 mm desde el lado derecho de la caja (recuadro: vértebra, sección transversal); (c) corte de vista superior centrado a 13,8 mm desde la base de la caja (recuadro: fragmento textil); (d) corte de vista superior centrado a 2,1 mm de la base de la caja (recuadro: vértebras, sección transversal longitudinal, indicada por flechas sólidas).

La caja EA36167 tiene diferentes regiones y diversos materiales en todo su interior. Inmediatamente detrás del panel metálico que sella la abertura hay una capa de yeso de 13 a 20 mm de longitud, seguida de un haz textil que mide aproximadamente 50 × 20 × 11 mm. Más allá del paquete, en el extremo de la caja más alejado de su abertura, hay un material de baja atenuación en la interfaz con las paredes de la caja, con un vacío en el centro (Fig. 4). Tres coronas corroídas, que se muestran como áreas brillantes, están presentes dentro de las paredes de la caja, una en la pared opuesta a la abertura y otra en cada una de las paredes laterales.

Cortes de TC de neutrones multiplanares EA36167, con un promedio de 0,55 mm de espesor de corte: (a) corte de vista superior centrado a 6,9 mm desde la base de la caja que muestra tres regiones internas, (1) tapón de yeso que sella la caja, (2) restos textiles y animales, ( 3) plomo con un vacío en el centro (flechas continuas: coronas corroídas; flechas punteadas: vértebras, secciones transversales; flecha discontinua: cráneo de lagarto; recuadro: vista mejorada con contraste de un hueso largo que mide 6,2 mm de longitud); (b) corte de vista superior centrado a 8,9 mm desde la base de la caja (flecha discontinua: vértebra; recuadro: vista mejorada con contraste de la parte superior del cráneo del lagarto en vista superior, con órbitas indicadas por flechas sólidas).

Dentro del haz textil parece haber varios huesos pequeños y fragmentos óseos, incluido un hueso largo completo de 6,2 mm de longitud y vértebras que miden aprox. 1,5 × 1,5 × 2,0 mm. Hacia el extremo del haz, más alejado de la abertura de la caja, parece haber un cráneo de lagarto intacto, con la mandíbula y las órbitas vistas en cortes de TC en vista superior (Fig. 4). La mandíbula mide aprox. 8,5 mm de ancho × 10,4 mm de largo y las órbitas aprox. 1,8 mm de ancho × 3,1 mm de largo. Aunque no es posible identificar la especie de lagarto a partir de los datos de la tomografía de neutrones debido a la variabilidad de tamaños dentro de las especies, los tamaños de los huesos son consistentes con los lagartos del género Mesalina, varias especies de las cuales son endémicas del norte de África33,34 ,35. La figura del lagarto en la parte superior de la caja votiva está decorada con manchas y rayas a lo largo de la espalda; varias especies del género Mesalina también tienen manchas y/o rayas. Se accedió a una micro tomografía computarizada de rayos X de M. rubropunctata en el repositorio MorphoSource36, para compararla con los restos encontrados dentro de EA36167; Los tamaños de las órbitas, la mandíbula, la vértebra C1 y los huesos largos de este espécimen se indican en la Tabla de información complementaria S1 y son muy similares a los medidos a partir de la tomografía computarizada de neutrones de la caja votiva.

El material en el extremo de la caja más alejado de la abertura puede identificarse como plomo debido a su baja atenuación de neutrones en comparación con la fuerte atenuación de rayos X previamente reportada en esta región9. Según la forma del plomo y el hecho de que rodea dos coronas, se supone que el plomo se introdujo en la caja en estado fundido. Dado el vacío en la parte delantera, no podemos descartar que originalmente hubiera algo dentro. Una pequeña región de concreción, posiblemente arcilla/suelo con inclusiones minerales, se ve dentro del plomo, en contacto con el haz textil. Hay regiones de fuerte atenuación, debido a la corrosión, en el cable en los extremos opuestos del vacío (consulte la Información complementaria, Fig. S2). Una posible causa de esta corrosión es la materia animal en descomposición cerca del plomo.

Radiografías anteriores y tomografías computarizadas de rayos X de la caja EA71428 descubrieron dos objetos largos de alta densidad, cada uno de los cuales abarcaba todo el interior de la caja; La tomografía de neutrones muestra una baja atenuación de estos objetos (0,2 a 0,4 cm −1), lo que sugiere que están hechos de plomo (Fig. 5). El objeto de plomo superior (aprox. 179 mm de largo, 13 mm de alto) cabe dentro de la figura de la anguila en la caja, haciendo juego con su forma sinuosa en su superficie superior y extendiéndose hasta una base plana y ancha (Figs. 5b y 6). Debido a su forma, se supone que la pieza de plomo superior se vertió en la caja en estado fundido mientras la caja estaba boca abajo, y posteriormente se desprendió de las paredes internas de la caja una vez solidificada. En la parte inferior de la pieza de plomo superior, en la mayor parte de su longitud, hay una capa de corrosión que podría haberse originado por la proximidad a material orgánico en descomposición. Esta corrosión penetra más profundamente en el plomo, donde está en contacto con el yeso y el tapón textil, y en dos puntos más dentro de la caja, donde parece haberse extendido al plomo desde pequeñas áreas diferenciadas de la superficie (Fig. 6c, d). El objeto principal inferior tiene una sección transversal rectangular (aprox. 166 × 13 × 5 mm) y aproximadamente plano en toda su longitud, apoyado en ángulo contra la pared interna de la caja (Figs. 5b y 6e). Este objeto de plomo inferior parece actuar como soporte del superior, impidiendo que caiga a la base del interior de la caja.

EA71428 (a) Cortes de TC de rayos X y (b) de neutrones (vista lateral y vista frontal). Cortes de vista frontal tomados en la posición marcada por la línea discontinua. Las imágenes de TC de neutrones se promedian en dos planos adyacentes (lo que da un espesor de corte de 0,110 mm), para que coincidan aproximadamente con los datos de TC de rayos X (grosor de corte de 0,108 mm). Flechas sólidas: trozos de plomo (en la vista lateral del CT de neutrones, la flecha está centrada en una región de corrosión profunda del plomo en el trozo de plomo superior); flechas discontinuas: textil en enchufe; flecha punteada: fragmentos sueltos. Los datos de TC de rayos X se adquirieron durante el estudio anterior9.

Representaciones del volumen CT de neutrones EA71428. (a) vista completa de la caja; (b)–(e) vistas en corte a diferentes alturas (medidas desde la base de la caja): (b) 24,0 mm, a través de la figura de la anguila (flecha sólida: pieza de plomo superior dentro del hueco); (c) 21,3 mm, a través de la pared superior de la caja (flechas continuas: corrosión por plomo, flecha discontinua: reparación de la caja, flecha punteada: corona); (d) 17,7 mm, a través de la base de la pieza de plomo superior (flechas sólidas: corrosión del plomo); (e) 12,9 mm, a través del hueco de la caja (flecha sólida: pieza de plomo inferior, flecha discontinua: textil en el tapón, flecha punteada: fragmentos sueltos).

Inmediatamente dentro de la abertura cuadrada en la parte trasera de la caja se ve un tapón que contiene tejido doblado (Figs. 5b y 6e). Se cree que este tejido está rodeado por el yeso que se puede ver visualmente en el exterior de la caja detrás de la placa de metal dañada que cubre la abertura. Se ve una pequeña cantidad de material fragmentario (aproximadamente 23 × 23 × 13 mm) en el extremo frontal de la caja (Fig. 5b). Los fragmentos más grandes muestran una fuerte atenuación de neutrones de 2,0 a 3,2 cm-1, mucho mayor que la medida para los huesos en las otras cajas. No se sabe qué son estos fragmentos, pero la atenuación parece ser demasiado fuerte para provenir de hueso mineralizado.

La evidencia de la fabricación de la caja EA71428 vista en tomografía de neutrones respalda las conclusiones extraídas en el estudio anterior9: la caja y la parte de la anguila de la figura estaban huecas juntas; la capucha de cobra con cabeza humana coronada estaba fundida por separado y unida a la caja con un pequeño soporte en la parte posterior de la capucha de cobra. Estas uniones parecen haber sido hechas mediante soldadura por fusión (uniendo las piezas fundidas, a veces usando una aleación de relleno fundida de la misma composición que las piezas) o soldadura dura (uniendo usando una aleación fundida de temperatura de fusión ligeramente más baja y un fundente)37 , ya que en las uniones no hay ningún material con una atenuación de neutrones significativamente diferente. Los signos de fundición a la cera perdida de la caja se evidencian en las coronas de metal corroído que se ven por todas partes: tres en las paredes laterales, una en la base y una en la parte superior (que pasa a través de la figura de la anguila). Dentro de la caja hay dos coronas separadas, que se cree que originalmente estaban ubicadas cerca de la abertura de la caja, en la base y la pared lateral, respectivamente. La TC de neutrones reveló un agujero redondo lleno, de aprox. 3,6 mm de diámetro, en la caja cerca de un punto en el que el cuerpo de la anguila se encuentra con la parte superior de la caja (Fig. 6c). La atenuación de neutrones del material de relleno en este agujero es similar a la del plomo dentro de la caja; es posible que se trate de una reparación antigua de un defecto que se formó durante la fundición.

La tomografía de neutrones proporcionó evidencia de la fabricación, el contenido y las posteriores adiciones a EA36151, la caja votiva más grande estudiada para este trabajo. Entre la figura de la anguila y la parte superior de la caja se ve en los datos tomográficos un límite tenue (Fig. 7a). Esto indica que la caja y la figura se fundieron por separado y luego se unieron, posiblemente mediante soldadura dura. Hay 11 coronas presentes en la caja remanente del proceso de fundición: cuatro en cada pared lateral, espaciadas aproximadamente uniformemente a lo largo de la caja, y tres en la base. Los coeficientes de atenuación de las coronas (1,3–2,0 cm−1) son comparables con los de las otras cinco cajas examinadas en este estudio y, por lo tanto, también se supone que son hierro corroído.

La TC de neutrones EA36151 corta el (a) centro, (b) la pared izquierda y (c) la pared derecha de la caja (vista lateral), (d) la parte superior y (e) la base de la caja (vista superior). Las imágenes de microscopio insertadas en (a) muestran material fuertemente atenuante en la base de la caja (aumento de 20 ×) y la corona de la figura híbrida (aumento de 50 ×). La flecha sólida en (b) indica una aparente reparación de fundición antigua. Las flechas discontinuas en (c) – (e) indican grietas en las paredes de la caja, rodeadas por resina fuertemente atenuante procedente de un tratamiento de conservación anterior en el Museo Británico.

Un agujero lleno de aprox. 3 mm de diámetro está presente en la base de la caja, donde anteriormente pudo haber estado presente una corona. A partir de imágenes microscópicas del material de relleno, parece estar hecho de cera, resina o yeso, o una mezcla que contiene múltiples componentes (Fig. 7a). La atenuación de neutrones de este relleno (2,4–2,6 cm−1) es notablemente mayor que la de las 11 coronas. Las imágenes microscópicas y la atenuación de neutrones medida (2,5–2,6 cm−1) de la parte superior de la doble corona que lleva la figura también indican que se ha aplicado cera o resina en esta área. Es probable que estas dos adiciones a la caja se hicieran después de su descubrimiento.

En las imágenes de TC de neutrones se ven varias áreas de reparación de la caja. Parece que se realizó una reparación en el lado izquierdo de la caja durante el proceso de fabricación original, posiblemente para cubrir un agujero que se formó durante la fundición (Fig. 7b). Una reparación más grande, en la esquina frontal derecha de la caja, es parte de un tratamiento de conservación realizado en el Museo Británico en 1977: se utilizó Bondapaste (una resina de poliéster) para reparar una región de corrosión y agrietamiento en esta esquina38. La tomografía de neutrones de esta esquina (Fig. 7c-e) revela daños en las paredes superior, derecha y base, y la atenuación relativamente alta de la resina (1,4–2,0 cm−1) en comparación con las paredes de aleación de cobre (0,6–0,7 cm). −1). En la información complementaria, figura S3, se muestra una imagen renderizada del volumen de TC de neutrones con microscopía que destaca este tratamiento de conservación. Una región que comprende plomo está presente dentro de la caja, directamente detrás de la superficie reparada. El plomo contiene varios huecos redondeados, de hasta 5,3 mm de ancho, y envuelve dos de las coronas que penetran en el interior de la caja, lo que implica que el plomo se vertió en la caja en estado fundido. Es posible que el plomo se haya agregado como parte de una reparación antigua, para brindar soporte a esta área de la caja.

La caja EA36151 también contiene material suelto y fragmentado (aprox. 60 × 35 × 22 mm). No hay huesos completos que puedan identificarse, aunque hay varios fragmentos óseos potenciales. La presencia adicional de objetos altamente atenuantes (1,0–1,6 cm−1) en el material suelto podría indicar que el suelo o la arena contienen agua o hidratos unidos. En la información complementaria, figura S4, se proporcionan más imágenes de cortes de TC de neutrones de los fragmentos dentro de la caja EA36151.

En la Tabla de información complementaria S2 se ofrece un resumen de los hallazgos dentro de las seis cajas votivas del estudio de TC de neutrones. Se encontraron coronas corroídas en cada caja, como se resume en la Información complementaria, figura S5.

Se segmentaron las regiones principales encontradas en tres de las cajas y se calcularon sus volúmenes. Las masas de plomo en las cajas EA36167, EA71428 y EA36151 se calcularon en 54 ± 3 g, 338 ± 15 gy 351 ± 14 g, respectivamente, utilizando una densidad supuesta para el plomo de 11,3 g cm-3 (más detalles en Información complementaria Tabla S3); Es probable que estos valores sean ligeramente sobreestimados debido a la presencia de corrosión por plomo.

En este trabajo, se utilizó tomografía de neutrones para estudiar de forma no invasiva el contenido de seis cajas votivas hechas de aleaciones de cobre del antiguo Egipto para buscar la presencia de restos de fauna y comprender la fabricación de los contenedores, basándose en un estudio X-previo. estudio de imagen de rayos. Además, se utilizaron neutrones para identificar como plomo el material denso presente en el interior de tres de las seis cajas, como se había observado previamente con rayos X. Fue difícil aislar e identificar los restos de animales en las cajas debido a la complejidad del montaje interno y a la atenuación de neutrones comparable del material suelto, los textiles y el yeso también presentes. No obstante, se observaron huesos en tres de las seis cajas votivas estudiadas (EA27584, EA49146 y EA36167), con posibles huesos rotos también presentes en las dos cajas más grandes (EA71428 y EA36151). La mayoría de los huesos se encuentran fragmentados; sin embargo, se observaron huesos largos completos en las cajas EA27584 y EA36167. Las imágenes de TC de neutrones también revelaron un cráneo de lagarto aparentemente intacto dentro de la caja EA36167. Las dimensiones de este cráneo y el estilo de la figura del lagarto en el molde sobre la caja son similares a los de los lagartos del género Mesalina; sin embargo, la variabilidad del tamaño del esqueleto entre especies y edades de los lagartos hace que sea difícil determinar la especie a partir de la tomografía computarizada de neutrones. Los cráneos de las cajas restantes no fueron identificados y se supone que se han roto con el tiempo o no estaban presentes inicialmente. Se observaron fragmentos de textiles dentro de las tres cajas en las que también había huesos de animales, lo que sugiere que los animales fueron envueltos antes de ser colocados dentro de las cajas.

Dentro de las cajas EA36167, EA71428 y EA36151 se encuentran cantidades importantes de plomo. Debido a que el plomo tiene un punto de fusión mucho más bajo que el cobre y sus aleaciones, el plomo debe haber sido colocado dentro de las cajas después de su fundición. La forma y distribución del plomo en las cajas EA36167 y EA36151 indican que el plomo estaba fundido cuando se introdujo en la caja, mientras que la pieza inferior larga y rectangular en EA71428 probablemente era sólida cuando se insertó. La pieza de plomo superior en EA71428 es probablemente el resultado del plomo fundido que se vertió en la caja mientras estaba invertida, ya que su forma sigue de cerca la del vacío dentro de la figura de la anguila que corona la caja. En el antiguo Egipto, el plomo tenía un estatus mágico y era un material elegido en la fabricación de amuletos de amor, en rituales de execración de enemigos o, de manera especialmente interesante en nuestro caso, en la protección de momias39. Las placas de incisión del ojo de Horus aplicadas sobre la incisión por el embalsamador podrían estar hechas de plomo, aunque se atestiguan otros materiales. También se descubrió previamente un núcleo de plomo dentro de una figura de bronce de un halcón de Saqqara40. Parece que sólo una pequeña gama de figuras divinas u objetos sagrados egipcios se fabricaban regularmente con plomo, quizás debido a las connotaciones simbólicas de este material más que a su bajo coste económico (véanse figuras de plomo de Nefertum y de deidades infantiles, así como modelos de la barcaza procesional de Osiris en plomo procedente de Thonis-Heracleion41). La tomografía de neutrones de la caja EA71428 no reveló inscripciones en las superficies de las piezas de plomo. Es posible que la adición del plomo también haya sido motivada por usos prácticos, como bajar el centro de masa de cajas con figuras altas y sólidas de metal en un extremo, o proporcionar soporte adicional a áreas débiles o dañadas, como puede ser el caso de EA36151. Sin embargo, tales explicaciones parecen menos válidas para EA36167.

De las seis cajas estudiadas en este trabajo, en las tres cajas sin plomo hay bucles para suspensión en el interior, y hay plomo en cada una de las tres cajas sin bucles. Se supone que las cajas con bucles habrían sido suspendidas de las paredes de los santuarios o templos, de estatuas de culto o de embarcaciones sagradas utilizadas en procesiones, en lugar de colocadas sobre una superficie. Las imágenes de neutrones también revelan corrosión en la superficie del plomo en las cajas EA36167 y EA71428. La mayor atenuación de neutrones observada en las regiones de corrosión sugiere la presencia de productos de corrosión que contienen hidrógeno, posiblemente como resultado del contacto del plomo con el aire y restos de animales en descomposición, y el tapón de yeso en el caso de la caja EA71428.

La evidencia del uso de fundición a la cera perdida en la fabricación de cajas votivas se ve en la presencia de múltiples coronas en cada caja. La fuerte atenuación de neutrones de las coronas indica que contienen productos de corrosión que contienen hidrógeno; Se propone utilizar coronas de hierro, ya que es un material menos resistente a la corrosión que las aleaciones de cobre. El número de coronas presentes en cada caja es aproximadamente proporcional a las dimensiones de la caja, ya que estaban destinadas a garantizar la estabilidad estructural de los materiales del núcleo dentro del molde después de derretir y retirar la cera. El material del núcleo permanece dentro de la caja EA27584, con las coronas incrustadas en su interior. En la mayoría de los casos, los animales representados encima de las cajas parecen haber sido moldeados junto con la caja. Las cajas más grandes (EA36151 y EA71428) tienen características que sugieren que parte o todo el animal fue soldado o soldado por fusión a la superficie superior de la caja. La variedad de técnicas utilizadas para fabricar las cajas, además de la variedad de sus dimensiones, sugiere que no existía un método de producción estandarizado, aunque parecen haberse utilizado técnicas de fabricación comparables para cajas de pequeño tamaño.

En este trabajo mostramos que la TC de neutrones es una técnica alternativa o complementaria eficaz a la TC de rayos X para el examen no destructivo de cajas votivas de aleación de cobre del antiguo Egipto, dado su a menudo alto contenido de plomo y la presencia de plomo y/o sustancias orgánicas. material contenido en su interior. Si bien la presencia de plomo creó artefactos de reconstrucción de endurecimiento del haz y rayas en CT9 de rayos X, el uso de neutrones nos permitió abrir virtualmente las cajas votivas y revelar su contenido orgánico/de baja densidad, incluidos restos de fauna y envoltorios textiles. La TC de neutrones también reveló reparaciones y daños en la caja EA36151 que no fueron detectados por TC de rayos X, debido a la proximidad del plomo a la zona dañada y a las adiciones posteriores en cera o resina de baja densidad, pero fuertemente atenuantes de neutrones. En el cuadro EA36167, la región principal oscureció los restos del animal y las envolturas en la tomografía computarizada de rayos X que posteriormente fueron revelados con neutrones en este trabajo.

Este trabajo proporciona evidencia adicional del uso de cajas votivas de aleación de cobre en el antiguo Egipto, mostrando que los restos de animales fueron envueltos en lino y colocados dentro de las cajas antes de ser selladas, y que las figuras de animales fundidas en las cajas estaban potencialmente destinadas a corresponder a los restos en su interior.

La tomografía de neutrones de las cajas votivas se realizó en la línea de luz IMAT en la fuente de muones y neutrones pulsados de ISIS (Laboratorio Rutherford Appleton, Reino Unido). IMAT es un instrumento de neutrones fríos que captura imágenes de objetos en función de su atenuación de neutrones42,43,44. El proceso de tomografía en IMAT es similar al de la TC de rayos X y la TC de radiación sincrotrón en laboratorio: se adquieren una serie de radiografías a través de una rotación paso a paso alrededor del eje vertical. Estas proyecciones se utilizan para crear una reconstrucción volumétrica del objeto45 en la que cada vóxel describe el coeficiente de atenuación de neutrones local como un valor en escala de grises.

Para nuestra configuración utilizamos un tamaño de orificio de 40 mm con una distancia entre el orificio y la muestra de 10 m, lo que brinda la mejor resolución posible de aproximadamente 100 μm. Las cajas votivas estaban montadas con su eje más largo alineado verticalmente. Esta configuración permitió que las cajas se ubicaran lo más cerca posible del detector, minimizando la imagen borrosa y las variaciones en la longitud de la trayectoria del haz a través de la caja durante el escaneo. Los soportes estaban hechos de aluminio, con cinta de teflón para proteger la superficie de las cajas. Ambos materiales tienen coeficientes de atenuación de neutrones bajos.

Las imágenes de proyección se adquirieron utilizando una cámara ANDOR Zyla sCMOS 4.2 PLUS (2048 × 2048 píxeles) junto con una lente óptica y una lámina centelleadora ZnS/LiF de 100 µm de espesor. Se seleccionó un tiempo de adquisición de 30 s por proyección para cada escaneo, como un compromiso entre las estadísticas de conteo mejoradas y el tiempo total disponible para el experimento. Cada caja se giró 360° durante el escaneo. El número de proyecciones se seleccionó para cada cuadro según el teorema de Nyquist-Shannon, es decir, S (π/2), donde S es el número de píxeles horizontales cubiertos por el cuadro en su ancho máximo durante todo el escaneo. Los parámetros de escaneo utilizados para cada caja votiva se proporcionan en la Tabla de información complementaria S4.

Se adquirieron imágenes de campo plano (iluminación del detector con la muestra fuera del campo de visión) y de campo oscuro (con el obturador del haz cerrado) para cada escaneo y se utilizaron para corregir las proyecciones de falta de homogeneidad en la intensidad del haz de neutrones, la respuesta de los píxeles del detector, y ruido de la cámara. Las proyecciones se corrigieron utilizando la distribución Fiji del paquete de software ImageJ46. Los puntos brillantes en las proyecciones debidos a interacciones gamma de alta energía se eliminaron utilizando la función "eliminar valores atípicos" en Fiji.

La reconstrucción por TC se realizó en el paquete de software Octopus Reconstruction47, utilizando un algoritmo de retroproyección filtrada de haz paralelo48. Debido al mayor tamaño de las cajas EA71428 y EA36151, se escanearon en dos secciones verticales superpuestas; Los volúmenes reconstruidos resultantes se unieron posteriormente utilizando el complemento “Pairwise Stitching” en Fiji49. La segmentación y la representación del volumen de los conjuntos de datos tomográficos se realizaron utilizando VGStudio MAX 3.3 (Volume Graphics GmbH, Alemania). En este artículo se han utilizado imágenes de proyección de máxima intensidad (MIP), es decir, visualizaciones bidimensionales de los vóxeles de mayor atenuación en múltiples cortes tomográficos, para resaltar características tridimensionales en las cajas, incluidos los textiles y la corrosión del metal. Las imágenes MIP se crearon utilizando la función "Proyecto Z" en Fiji. Los volúmenes de piezas de plomo segmentadas se calcularon utilizando el complemento "Voxel Counter" en Fiji.

Además, la microscopía de detalles específicos destacados de la investigación de imágenes se realizó con un microscopio digital VHX-5000 (Keyence, Japón), operado en modo de luz reflectante, sin filtros.

Los datos sin procesar de CT de neutrones generados para este trabajo están disponibles para descargar desde el repositorio STFC ISIS Neutron and Muon Source: https://doi.org/10.5286/ISIS.E.RB1910562. Los volúmenes de CT reconstruidos están disponibles para descargar desde Harvard Dataverse: https://doi.org/10.7910/DVN/RGF7BH. Los coeficientes de atenuación de neutrones medidos para las diferentes regiones y materiales presentes en cada cuadro se proporcionan en la Tabla de información complementaria S5.

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Descargar referencias

Los autores desean agradecer a Caroline Cartwright por sus útiles debates sobre los textiles del antiguo Egipto, a Paul Craddock, Jack Ogden, Duygu Camurcuoglu y Rachel Weatherall por sus debates sobre la fabricación y reparación de cajas votivas, y a Aude Mongiatti por sus debates sobre metalurgia y sus comentarios sobre el manuscrito. El experimento en la Fuente de Muones y Neutrones Pulsados de ISIS (número de experimento: RB1910562) fue apoyado por una asignación de tiempo de haz del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología.

Departamento de Investigación Científica, Museo Británico, Great Russell Street, Londres, WC1B 3DG, Reino Unido

Daniel O'Flynn y Laura Perucchetti

Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC), Fuente de Neutrones y Muones de ISIS, Didcot, OX11 0QX, Reino Unido

Anna Fedrigo

Departamento de Grecia y Roma, Museo Británico, Great Russell Street, Londres, WC1B 3DG, Reino Unido

Aurelia Masson-Berghoff

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DO, LP y AM-B. ideó el proyecto de investigación. DO, AF y LP realizaron los experimentos de tomografía de neutrones. Todos los autores interpretaron los datos de la tomografía. AM-B. proporcionó un contexto egiptológico. LP proporcionó interpretaciones metalúrgicas. DO y AF realizaron visualización de neutrones. DO preparó el borrador original del manuscrito. Todos los autores revisaron y editaron el manuscrito.

Correspondencia a Daniel O'Flynn.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

O'Flynn, D., Fedrigo, A., Perucchetti, L. et al. Tomografía de neutrones de ataúdes de animales sellados de aleación de cobre del antiguo Egipto. Informe científico 13, 4582 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30468-4

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Recibido: 06 de octubre de 2022

Aceptado: 23 de febrero de 2023

Publicado: 20 de abril de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30468-4

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