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

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

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La momificación de animales era un lugar común en el antiguo Egipto, con los restos de muchos animales colocados dentro de estatuas o cajas votivas con representaciones de animales o criaturas híbridas humano-animal. Las cajas votivas estaban hechas de una variedad de 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 usó tomografía computarizada de rayos X para buscar restos de animales, donde la calidad de imagen era deficiente debido a la atenuación de las cajas y los metales aparentemente densos en el interior. En este estudio se aplicó tomografía neutrónica a seis de las cajas votivas previamente examinadas. Se descubrieron restos de animales, probablemente de lagartijas, y fragmentos de envoltorios textiles dentro de tres de las cajas. La evidencia del proceso de fabricación y las reparaciones posteriores de las cajas fueron descubiertas por neutrones. También se identificaron cantidades significativas de plomo en tres cajas. Los hallazgos demuestran la efectividad de la tomografía de neutrones para el estudio de restos momificados dentro de contenedores de metal sellados y brindan 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. Se han descubierto restos de animales, que se cree que son encarnaciones físicas de deidades, ofrendas votivas o parte de una actuación ritual, dentro de muchos complejos religiosos, 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 con una representación del animal en la parte superior1,4,5,6,7,8. Tales cajas se denominan indistintamente en la literatura egiptológica '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. Muchas especies de animales estaban representadas en las cajas, incluidos halcones, gatos, mangostas, serpientes, anguilas, lagartijas y musarañas. En la fabricación de las cajas se utilizaron diferentes materiales, incluyendo madera, piedra caliza y aleaciones de cobre (principalmente bronce o bronce con plomo10,11), y varían mucho en su forma y tamaño.

Una pequeña caja de piedra caliza coronada por una figura de musaraña, descubierta en Saqqara, se encontró que contenía una momia de musaraña utilizando radiografías8. En la caja no se encontraron restos de envoltorios, aunque no se puede descartar su presencia original. También se ha utilizado la radiografía X 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 generalmente se fabricaban por fundición, con una abertura en un extremo que luego se sellaba con un tapón de yeso y un panel de metal. Muchas de estas cajas no estaban intactas cuando se descubrieron y, por lo general, no había restos de animales en el interior. Se encontraron fragmentos de hueso de gato dentro de una abertura en una caja de bronce con una figura de gato de bronce sentado en la parte superior12 (Museo Británico EA65795). En algunos casos, en el interior de las cajas sólo se encontraron piezas textiles, posiblemente restos de envoltorios de animales1.

La tomografía computarizada (TC) de rayos X se ha aplicado con éxito al estudio no invasivo de momias animales envueltas y sin envolver, utilizando escáneres de TC médicos, sistemas de TC de rayos X de microfoco basados en laboratorio y con microtomografía sincrotrón13,14,15. Una limitación de las imágenes de rayos X es la presencia de metal, en particular plomo o bronce con plomo, u otros materiales muy densos en la trayectoria del haz. La atenuación de rayos X por objetos densos conduce a artefactos de 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 baja densidad.

Un estudio anterior aplicó radiografías y tomografía computarizada de rayos X a un grupo de ocho cajas votivas de aleación de cobre intactas en la colección del Museo Británico, coronadas por representaciones de anguilas, reptiles e híbridos humano-anguila-cobra9. Las tomografías computarizadas de rayos X dieron evidencia de huesos de animales dentro de algunas de las cajas, aunque la calidad de la imagen se vio obstaculizada por la fuerte atenuación de rayos X del metal, a pesar del uso de voltajes de tubo de rayos X de hasta 450 kV. Tanto en la radiografía como en la tomografía computarizada de rayos X se observaron indicaciones del proceso de fabricación de las cajas y 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.

La imagen de neutrones se ha establecido como una técnica no invasiva complementaria a la imagen de rayos X18,19. Mientras que los rayos X son generalmente más fuertemente atenuados por elementos con un mayor número atómico, los neutrones no muestran tal correlación; en particular, a diferencia de los rayos X, los neutrones son fuertemente atenuados por el hidrógeno y débilmente atenuados 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 ligeros, encerrados dentro de cubiertas densas, por ejemplo, agua dentro de rocas porosas20. Estas propiedades se han aplicado con éxito a los estudios del patrimonio cultural: revelar el contenido orgánico de las estatuas de bronce del Buda tibetano21,22 y las reliquias dentro de un altar de piedra23; examinando la fabricación de un modelo de barco de bronce24; y mapeo de fases de corrosión en espadas de hierro25. La tomografía neutrónica también se ha comparado con la tomografía computarizada 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 halcón de bronce en el Museo de Arte Walters, Baltimore, contenía huesos de pájaro 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 rayos X del bronce; la radiografía de neutrones proporcionó una imagen muy mejorada de los huesos dentro de la estatua6.

Este artículo detalla la tomografía neutrónica de seis cajas votivas de aleación de cobre de la colección del Museo Británico previamente estudiadas con radiografía y tomografía computarizada de rayos X9. Estos raros ejemplos de cajas aún selladas se seleccionaron en función de la presencia potencial de características/materiales interesantes dentro sugeridos por el estudio anterior. Existe un debate entre los egiptólogos con respecto a la naturaleza y función de tales cajas, por lo que existe un interés en verificar la presencia o ausencia de momias de animales en su interior. Muchas cajas son muy pequeñas y no habrían podido acomodar el cuerpo del animal momificado representado en la parte superior, o al menos no el cuerpo completo. También es difícil probar que estas cajas eran exclusivamente objetos votivos. Discusiones recientes sobre los bronces egipcios producidos en masa, que son contemporáneos a este grupo de seis cajas y que a menudo se encuentran en contextos arqueológicos similares, sugieren que algunos podrían haber sido utilizados durante los rituales27, lo que también puede haber sido el caso de algunas de estas cajas. Sobre la base del trabajo anterior, los objetivos del experimento eran identificar restos orgánicos dentro de las cajas, obtener información sobre la fabricación de la caja 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 registro EA27584, EA49144 y EA49146 del Museo Británico) se descubrieron en Naukratis, en el delta occidental del Nilo, en 1885. Naukratis era un puerto internacional fundado a finales del siglo VII a. 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 del Nilo oriental 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 punto de encuentro 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 cubiertas con una figura en parte anguila, en parte cobra, con una 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 estén fechadas en el período tardío, período ptolemaico temprano a más tardar, entre mediados del siglo VII y el siglo III a. Las cajas votivas con representaciones de anguilas y lagartijas se asociaron en el antiguo Egipto con el dios solar y creador Atum29. Atum a menudo se representa en forma antropomórfica, como una criatura con cabeza humana, parte anguila, parte cobra, que lleva una doble corona.

Las seis cajas votivas estudiadas están hechas de aleación de cobre y todavía están selladas con un tapón de yeso; hay un taladro en el tapón de la caja EA49144, aunque no lo penetra por completo. 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, que corresponde 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 (frente a la abertura sellada). Los cortes de la vista superior están orientados de manera que la pared derecha está en la parte inferior y la pared frontal está a la derecha del corte. Los cortes de 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 de ± 0,2 mm para los primeros cinco cuadros enumerados (tamaño de vóxel reconstruido de 0,055 mm) y de ± 0,4 mm para el cuadro EA36151 (tamaño de vóxel de 0,103 mm).

Se encontró que la caja cubierta por dos lagartijas contenía restos de animales y piezas textiles aparentemente utilizadas para envolver los restos antes de colocarlos en la caja (Fig. 1). Aunque los restos del animal se encuentran en estado fragmentario, un hueso largo que mide aprox. Se aprecian 8,1 mm (fig. 1a). El tejido puede ser lino, algodón o lana30, pero se piensa que es lino, ya que se usa comúnmente en los envoltorios de las momias de los animales31. El tejido tiene un tejido suelto, con un espacio de 1 a 2 mm entre los hilos. La evidencia de la técnica de vaciado a la cera perdida32 se puede ver en presencia de coronas y una capa de material del núcleo (posiblemente arcilla) que cubre las paredes internas (Fig. 1b). Las coronas están incrustadas en las paredes de la caja y el material del núcleo y atenúan 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 es más probable que el hierro se oxide que las aleaciones de cobre y, por lo tanto, se corroe más rápidamente. Más evidencia de corrosión es visible en las capas exteriores de la caja y las figuras de lagarto. No hay discontinuidad visible entre la caja y los lazos o figuras de lagarto, lo que sugiere que todos fueron fabricados en una sola pieza. Las representaciones de volumen de CT de neutrones de la caja EA27584 se proporcionan en Información complementaria, Fig. S1.

Imágenes de CT de neutrones de proyección de máxima intensidad (MIP) multiplanar EA27584: (a) vista lateral, corte de 1,16 mm de espesor centrado a 6,1 mm del lado derecho de la caja, que destaca la presencia de un hueso largo de 8,1 mm (flecha sólida); (b) vista superior, rebanada de 12,43 mm de espesor centrada 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 lazos de suspensión reveló la presencia de un tapón de yeso en un lado y fragmentos y concreciones en el extremo opuesto, sin restos animales identificables (fig. 2). La característica más interesante es la presencia de un fragmento textil en el tapón de yeso, mostrando claramente los hilos individuales, espaciados aprox. separados por 0,8 mm y dispuestos en un ligamento tafetán (es decir, los hilos de la urdimbre y la trama se cruzan en ángulo recto) (Fig. 2a). El enchufe continúa hasta 46 mm dentro de la caja. Hay una fuerte caída en la atenuación de neutrones del enchufe de 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 en el tapón solo se extiende hasta esta profundidad, y más allá solo está el tejido de atenuación más débil. El orificio de perforación de 3,5 mm de ancho en el enchufe, visible desde el exterior de la caja, se extiende aprox. 5 mm en el enchufe. La tomografía computarizada de neutrones reveló otro vacío estrecho a lo largo de la longitud del tapón. 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 orificio perforado, sino quizás de un espacio del pliegue del tejido dentro del tapón.

Cortes de TC de neutrones EA49144. (a) Vista lateral, corte 3,2 mm desde el lado derecho de la caja (flecha sólida: tejido en el tapón). 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 con atenuación débil, (3) fragmentos. Flecha sólida: objeto no identificado adyacente al enchufe; flechas discontinuas: orificio perforado en el tapón; flechas punteadas: vacío angosto 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 van desde 0,6 a 0,9 cm−1. Un objeto adicional no identificado está presente dentro de la caja, cerca del enchufe (Fig. 2b). El objeto es de aprox. Mide 7,7 × 1,5 × 0,3 mm, tiene la forma de un trozo de papel o tela enrollado y tiene una atenuación de neutrones de 0,9 a 1,0 cm−1.

Varias vértebras pequeñas de aprox. En el TC de neutrones de la caja EA49146 (fig. 3) se revelaron 1 × 1,5 × 2 mm, así como múltiples fragmentos sueltos, posiblemente óseos. Los coeficientes de atenuación de neutrones de las vértebras y los fragmentos se midieron en 0,3–0,5 cm−1, comparables con el hueso largo en el cuadro EA27584 (0,4–0,5 cm−1). Se vio un pequeño fragmento de tela cerca de la parte superior del interior de la caja, que mide aprox. 3 × 3 mm. Hay tres coronillas corroídas, una de las cuales se ha roto de la pared derecha y está suelta dentro de la caja.

Cortes de TC de neutrones multiplanares EA49146, promediados sobre un grosor de corte de 0,44 mm: (a) corte de vista lateral centrado a 7,0 mm del lado derecho de la caja (flecha sólida: placa de metal que cubre el tapón, flecha punteada: tapón, flecha discontinua: corona suelta); (b) corte de vista lateral centrado a 11,7 mm del lado derecho de la caja (recuadro: vértebra, sección transversal); (c) corte de vista superior centrado 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 varios materiales en todo su interior. Inmediatamente detrás del panel de metal que sella la abertura hay una capa de yeso de 13 a 20 mm de largo, seguida de un paquete 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 su 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 una en cada una de las paredes laterales.

Cortes de CT de neutrones multiplanares EA36167, promediados sobre un espesor de corte de 0,55 mm: (a) corte de vista superior centrado a 6,9 mm de 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 punteada: cráneo de lagarto; recuadro: vista con contraste de un hueso largo que mide 6,2 mm de longitud); (b) corte de vista superior centrado a 8,9 mm de la base de la caja (flecha discontinua: vértebra; recuadro: vista mejorada con contraste de la parte superior del cráneo de lagarto en vista superior, con órbitas indicadas por flechas sólidas).

Dentro del paquete textil parece haber varios huesos pequeños y fragmentos de huesos, 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 de vista superior (Fig. 4). La mandíbula es de 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 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 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 son manchadas y/o rayadas. Se accedió a una microtomografía computarizada de rayos X de M. rubropunctata en el depósito de 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 proporcionan en la Tabla de información complementaria S1, y son muy similares a los medidos en la tomografía computarizada de neutrones de la caja votiva.

El material del 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 reportada previamente 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 el plomo, no podemos excluir que algo haya estado originalmente dentro. Una pequeña región de concreción, posiblemente arcilla/suelo con inclusiones minerales, se ve dentro del plomo, en contacto con el paquete textil. Las regiones de fuerte atenuación, debido a la corrosión, están presentes 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 en las proximidades del plomo.

Las radiografías anteriores y las tomografías computarizadas de rayos X de la caja EA71428 descubrieron dos objetos largos de alta densidad, cada uno de los cuales abarcaba la longitud del interior de la caja; La tomografía de neutrones muestra una atenuación baja de estos objetos (0,2–0,4 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) encaja dentro de la figura de la anguila en la caja, igualando su forma sinuosa en su superficie superior y extendiéndose hasta una base plana y ancha (Figs. 5b y 6). Por 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 de 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 adentro de la caja, donde parece haberse extendido al plomo desde distintas áreas pequeñas en la superficie (Fig. 6c, d). El objeto de plomo 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, evitando que caiga a la base del interior de la caja.

EA71428 (a) rayos X y (b) cortes de CT 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 sobre dos planos adyacentes (dando un grosor 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: piezas de plomo (en la vista lateral de CT de neutrones, la flecha está centrada en una región de corrosión profunda del plomo en la pieza 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.

Renders de volumen de 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 continua: pieza de plomo superior dentro del hueco); (c) 21,3 mm, a través de la pared de la caja superior (flechas continuas: corrosión por plomo, flecha discontinua: reparación de la caja, flecha punteada: guirnalda); (d) 17,7 mm, a través de la base de la pieza de plomo superior (flechas continuas: corrosión del plomo); (e) 12,9 mm, caja hueca pasante (flecha continua: pieza de plomo inferior, flecha discontinua: tejido en el tapón, flecha punteada: fragmentos sueltos).

Un tapón que contiene tela doblada se ve inmediatamente dentro de la abertura cuadrada en la parte trasera de la caja (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 metálica dañada que cubre la abertura. Una pequeña cantidad de material fragmentario (aprox. 23 × 23 × 13 mm) es visible 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 más alta 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 ser de hueso mineralizado.

La evidencia de la fabricación de la caja EA71428 vista en la tomografía de neutrones respalda las conclusiones extraídas en el estudio anterior9: la caja y la parte de la anguila de la figura se moldearon juntas huecas; la capucha de cobra con cabeza humana coronada se moldeó por separado y se unió a la caja con un pequeño soporte en la parte posterior de la capucha de cobra. Estas uniones parecen haber sido realizadas 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 fuerte (uniendo usando una aleación fundida de temperatura de fusión ligeramente más baja y un fundente)37 , ya que no hay material de atenuación de neutrones significativamente diferente en las uniones. Los signos de fundición a la cera perdida de la caja se evidencian en coronas de metal corroído que se ven por todas partes: tres en las paredes laterales, una en la base, una en la parte superior (que atraviesa la figura de la anguila). Dos coronillas separadas están presentes dentro de la caja, 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 orificio 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 el colado.

La tomografía de neutrones proporcionó evidencia de la fabricación, el contenido y las adiciones posteriores 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 un límite tenue en los datos tomográficos (Fig. 7a). Esto indica que la caja y la figura se fundieron por separado y luego se unieron, posiblemente mediante soldadura fuerte. Hay 11 coronas presentes en el remanente de la caja del proceso de fundición: cuatro en cada pared lateral, espaciadas aproximadamente de manera uniforme 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 de hierro corroído.

El CT 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 microscópicas insertadas en (a) muestran un material fuertemente atenuante en la base de la caja (aumento de 20x) y la corona de la figura híbrida (aumento de 50x). La flecha continua en (b) indica una aparente reparación de fundición antigua. Las flechas discontinuas en (c)–(e) indican grietas en las paredes de la caja, rodeadas de resina fuertemente atenuante 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 corona doble 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 CT de neutrones se ven varias áreas de reparación de la caja. Parece que se hizo 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 mayor, 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 grietas 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 a 2,0 cm−1) en comparación con las paredes de aleación de cobre (0,6 a 0,7 cm). −1). En la Información complementaria, Fig. S3, se proporciona una imagen de procesamiento de volumen de CT 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 fragmentado suelto (aprox. 60 × 35 × 22 mm). No hay huesos completos que puedan identificarse, aunque hay varios fragmentos óseos potenciales presentes. La presencia adicional de objetos altamente atenuantes (1,0–1,6 cm−1) en el material suelto podría indicar suelo o arena que contiene agua o hidratos ligados. Más imágenes de cortes de CT de neutrones de los fragmentos dentro de la caja EA36151 se proporcionan en Información complementaria, Fig. S4.

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

Se segmentaron las regiones de plomo 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 g y 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 ligeras sobreestimaciones debido a la presencia de corrosión por plomo.

En este trabajo, se utilizó tomografía de neutrones para estudiar de manera 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 X- anterior. estudio de imagen de rayos. Además, se usaron neutrones para identificar como plomo el material denso presente dentro de tres de las seis cajas, como se observó previamente con rayos X. Fue difícil aislar e identificar los restos de animales en las cajas debido a la complejidad del ensamblaje interno y la atenuación de neutrones comparable del material suelto, el textil 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 CT 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 de lagarto en el vaciado encima de la caja son similares a las de las lagartijas del género Mesalina; sin embargo, la variabilidad del tamaño de los esqueletos entre especies/edades de lagartijas dificulta determinar la especie a partir de la tomografía computarizada de neutrones. Los cráneos en las cajas restantes no fueron identificados y se supone que se han roto con el tiempo o que inicialmente no estaban presentes. Se observaron fragmentos textiles dentro de las tres cajas en las que también estaban presentes huesos de animales, lo que sugiere que los animales fueron envueltos antes de colocarlos dentro de las cajas.

Dentro de las casillas EA36167, EA71428 y EA36151 hay cantidades significativas 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 derretido cuando se introdujo en la caja, mientras que la pieza inferior larga y rectangular en EA71428 probablemente estaba sólida cuando se insertó. La pieza de plomo superior en EA71428 es probablemente el resultado de verter plomo fundido 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 ostentaba un estatus mágico y era un material de elección en la fabricación de amuletos de amor, en rituales de execración de enemigos o, de especial interés 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 halcón de bronce de Saqqara40. Parece que solo una pequeña gama de figuras divinas egipcias o artículos sagrados se hacían regularmente con plomo, quizás debido a las connotaciones simbólicas de este material más que a su bajo costo económico (ver figuras de plomo de Nefertum y de deidades infantiles, así como modelos de la barcaza procesional de Osirio en plomo de Thonis-Heracleion41). La tomografía de neutrones de la caja EA71428 no reveló inscripciones en las superficies de las piezas de plomo. Es plausible que la adición del plomo también pudiera haber sido motivada por usos prácticos, como bajar el centro de masa de cajas con figuras altas de metal sólido en un extremo, o proporcionar soporte adicional a áreas débiles o dañadas, como puede ser el caso en EA36151. Sin embargo, tales explicaciones parecerían menos válidas para EA36167.

De las seis cajas estudiadas en este trabajo, hay bucles para suspensión en las tres cajas sin plomo en el interior, y el plomo está presente en cada una de las tres cajas sin bucles. Se supone que las cajas con bucles habrían estado suspendidas de las paredes de los santuarios o templos, las estatuas de culto o los barcos sagrados utilizados en procesión, en lugar de colocarse 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 coronillas 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. La cantidad 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 que la cera se derritiera y se retirara. 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 en la parte superior 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 la fabricación de las cajas, además de la variedad en sus dimensiones, sugiere que no existía un método de producción estandarizado, aunque parece que se utilizaron técnicas de fabricación comparables para las 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 alto contenido de plomo y la presencia de plomo y/o material orgánico. material contenido en su interior. Si bien la presencia de plomo creó artefactos de reconstrucción de rayas y endurecimiento del haz en rayos X CT9, 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 la TC de rayos X, debido a la proximidad del plomo al área dañada y la baja densidad, pero adiciones posteriores fuertemente atenuantes de neutrones en cera o resina. En la caja EA36167, la región de plomo oscureció los restos de animales y las envolturas en la tomografía computarizada de rayos X que posteriormente se revelaron con neutrones en este trabajo.

Este trabajo proporciona más evidencia del uso de cajas votivas de aleación de cobre en el antiguo Egipto, mostrando que los restos de animales se envolvían en lino y se colocaban dentro de las cajas antes de que fueran selladas, y que las figuras de animales fundidas sobre las cajas tenían la intención potencial de corresponder a los restos dentro.

La tomografía de neutrones de las cajas votivas se realizó en la línea de luz IMAT en la fuente de muones y neutrones pulsados 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 las tomografías computarizadas de rayos X y las tomografías computarizadas de radiación sincrotrón basadas en laboratorio: se adquiere una serie de radiografías a través de una rotación paso a paso sobre el 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 agujero de alfiler de 40 mm con una distancia de 10 m entre el agujero de alfiler y la muestra, lo que proporciona la mejor resolución alcanzable de aproximadamente 100 μm. Las cajas votivas se montaron con su eje más largo alineado verticalmente. Esta configuración permitió colocar las cajas lo más cerca posible del detector, minimizando la borrosidad de la imagen 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 utilizada para proteger la superficie de las cajas. Ambos materiales tienen bajos coeficientes de atenuación de neutrones.

Las imágenes de proyección se adquirieron utilizando una cámara ANDOR Zyla sCMOS 4.2 PLUS (2048 × 2048 píxeles) acoplada con una lente óptica y una hoja de centelleo 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 cuadro 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 a lo largo del 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 usaron para corregir las proyecciones por falta de homogeneidad en la intensidad del haz de neutrones, la respuesta del píxel del detector, y el ruido de la cámara. Las proyecciones se corrigieron utilizando la distribución de Fiji del paquete de software ImageJ46. Los puntos brillantes en las proyecciones debido a las 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 por 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 "Costura por pares" en Fiji49. La segmentación y la representación de volumen de los conjuntos de datos tomográficos se realizaron utilizando VGStudio MAX 3.3 (Volume Graphics GmbH, Alemania). Las imágenes de proyección de máxima intensidad (MIP), es decir, visualizaciones bidimensionales de los vóxeles de mayor atenuación en múltiples cortes tomográficos, se han utilizado en este artículo para resaltar las características tridimensionales en las cajas, incluidos los textiles y la corrosión del metal. Las imágenes MIP se realizaron utilizando la función "Z Project" 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 brutos 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 los útiles debates sobre los textiles del antiguo Egipto, a Paul Craddock, Jack Ogden, Duygu Camurcuoglu y Rachel Weatherall por los debates sobre la fabricación y reparación de cajas votivas, y a Aude Mongiatti por los debates sobre metalurgia y los 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), ISIS Neutron and Muon Source, Didcot, OX11 0QX, Reino Unido

ana 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. elaboró 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 el 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 de aleación de cobre sellados del antiguo Egipto. Informe científico 13, 4582 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30468-4

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Recibido: 06 Octubre 2022

Aceptado: 23 de febrero de 2023

Publicado: 20 abril 2023

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

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