Los rayos X pueden desvelar los secretos de un objeto cultural, artístico o histórico

Desde el descubrimiento de la energía nuclear se han desarrollado muchas aplicaciones como la producción de electricidad, diagnóstico y tratamiento de enfermedades, cuidado del medio ambiente, etc. aunque una de ellas es poco conocida y es el estudio, conservación, restauración y desinfección del patrimonio cultural, artístico o histórico.

En este artículo, nos centramos en cómo la utilización de rayos X puede ayudar a desvelar los secretos de un objeto cultural, artísitico o histórico., no obstante, si quieres saber más sobre qué más se puede hacer, echa un vistazo a nuestro artículo: ¿Qué puede hacer la tecnología nuclear por el patrimonio artístico, cultural e histórico?

La caracterización es un proceso que permite a los expertos examinar la propiedades de los objetos arqueológicos o artísticos con una gran exactitud, asi como averiguar su antigüedad, composición química, origen geográfico y diagnosticar problemas. No se trata de un único método, sino de múltiples técnicas nucleares en las que se utilizan distintos tipos de equipos y de radiación, como los rayos X, los rayos gamma, los neutrones y los haces iónicos.

La información recopilada, no sólo "habla" del objeto sino que también puede determinar si una obra de arte es auténtica o falsificada y permite detectar posibles problemas como grietas, fracturas o defectos no visibles a simple vista y que comprometan su conservación.

Las técnicas que se presentan a continuación son no destructivas y sus principales usos son:

• Analizar la estructura interna y la integridad de objetos del patrimonio cultural, revelando estructuras internas, grietas, reparaciones previas y técnicas de construcción.
• Analizar las capas de pintura, revelenado capas subyacentes, modificacioens y detalles ocultos que no son a simple vista.
• Identificar materiales de relleno utilizados en restauraciones anteriores, lo que es crucial para emplear los métodos de conservación adecuados.
• Aunque no se utiliza directamente como técnica para desinfectar objetos, puede ayudar a identificar la presencia de microorganismos o plagas dentro de los objetos, facilitando la planificación de tratamiento de desinfección más convenientes.
• Puede revelar inconsistencias en la estructura interna de los objetos que podrían indicar falsificaciones.
• En ocasiones, puede ayudar a identificar firmas o marcas ocultas en obras de arte, proporcionando evidencia adicional de autenticidad.

Fluorescencia de rayos X (XFR)

Esta técnica analítica no destructiva, conocida como XFR por sus siglas en inglés, se utiliza para analizar la composición química elemental de objetos como pinturas, manuscritos, monedas y cerámicas, sin extraer muestras.

Consiste en "bombardear" una muestra con rayos X para destabilizar la estructura de los electrones y provocar que emitan radiación. Puesto que la radiación es diferente en cada elemento químico, se puede establecer con exactitud su composición química.

Una de las ventajas que se ofrece es que se puede aplicar con un aparato pequeño en forma de pistola, lo que facilita su transporte, sobre todo en el caso de obras que no pueden trasladarse, como los frescos o esculturas grandes.

Como ejemplos del uso de esta técnica, tenemos:

• Identificación de los pigmentos utilizados en las pinturas de Leonardo Da Vinci en 9 de sus obras (La Virgen de las Rocas, San Juan Bautista, La Anunciación, Baco, la Mona Lisa, La Bella Ferronnière, Santa Ana, la Virgen y el Niño). En el caso de la Mona Lisa, con la XFR se descubrió que, además del lapislázuli, también estaban presentes otros colores realizados con cobalto, que no se emplearon hasta tiempo después de la época del autor, lo cual indica que la obra se retocó posteriormente.
• Asimismo, analizaron la composición y el grosor de la distintas capas de pintura y barniz y pudieron conocer mejor su técnica del "sfumato", un sombreado fino que genera transiciones suaves entre los colores y que hace que la obra resulte más versosímil.
• En el estudio de estatuas de bronce antiguas, la XFR ha permitido identificar las proporciones de cobre, estaño y otros elemetnos, proporcionando información sobre las técnicas de fundición utilizadas en diferentes periodos históricos.
• La XFR ha isdo empleada para analizar cerámicas precolombinas, ayudando a los arqueólogos a determinar las fuentes de los materiales y las rutas comerciales antiguas.
• El Museo de Arte de Birmingham utiliza un escáner XFR portátil para analizar obras de arte, incluida la autentificación e identificación de metales pesados (que son tóxicos). Como ejemplo, lo ha utilizado para revelar que el marco de una pintura del siglo XIX está hecho de cobre y no de oro como se sospechaba.
• El Museo de Historia del Arte de Viena aplicó la XFR para detectar en las dagas kris de Indonesia trazas de mineral de un meteorito que cayó en la zona en el siglo XVIII.

Junto a la XFR se pueden utilizar otras técnicas complementarias que amplían la información obtenida de los objetos. Estas son las más destacadas:

• Espectroscopía Raman. Utilizada para identificar moléculas y estructuras cristalinas en materiales culturales. Es especialmente útil para pigmentos y materiales orgánicos.
• Tomografía Computerizada (TC). Proporciona imágenes tridimensionales detalladas del interior de los objetos, lo que es útil para estudiar su estructura interna y detectar daños ocultos.
• Esepctroscopía infrarroja. Utilizada para identificar materiales orgánicos e inorgánicos en objetos culturales. Es especialmente útil para analizar capas de pintura y materiales de relleno.
• Difracción de rayos X (XRD). Analiza la estructura cristalina de los materiales, proporcionando información sobre su composición y estado de conservación.
• Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). Permite obtener imágenes de alta resolución de la superficie de los objetos, revelando detalles microscópicos sobre su composición y estructura.
• Ultrasonidos. Se emplean para detectar grietas y otros defectos internos en materiales sólidos como piedra y metal.

Radiografía industrial

Analiza la estructura interna y la integridad de objetos del patrimonio cultural, revelando estructuras internas, grietas, reparaciones previas y técnicas de construcción.

Consiste en atravesarlos con rayos X, rayos gamma o neutrones y cuando la radiación entra en contacto con una película expuesta o una cámara digital diseñada específicamente para ello y colocada al otro lado, la radiación crea una imagen de lo que se encuentra oculto, incluidos los defectos o las grietas en su interior.

En las fotografías, mediante los rayos X sobre "El viejo guitarrista ciego" de Picasso, una de las obras más famosas del periodo azul, reveló que el pintor había reutilizado un lienzo antiguo. Bajo la pintura había dos composiciones que había creado anteriormente: una anciana con la cabeza inclinada hacia delante y una joven madre con un niño de rodillas a su lado.

Otro ejemplo es el análisis de "Retrato de una campesina" de Vincent van Gogh en las Galerías Nacionales de Escocia y con el que se descubrió un autorretrato oculto del pintor. Algo que no parece extraño ya que el artista a menudo reutilizaba los lienzos para ahorrar dinero, dándoles la vuelta y luego trabajando en el otro lado. Los conservadores tienen el trabajo de desvelar el autorretrato bajo capas de adhesivo y cartón, conservando la pintura original. ¿Por qué se hizo esto? Se cree que 15 años después de su muerte, fue prestado para una exposición en el useo Stedelijk de Ámsterdam y durante el préstamo es cuando el lienzo fue pegado al cartón antes de enmarcarlo ya que se consideraba que la campesina estaba más "acabado" que el autorretrato.

No sólo se aplica a pinturas, se han estudiado estatuas de bronce para ver grietas internas y conocer el método de fabricación y piezas cerámicas y otros artefactos para identificar cómo se han fabricado y si han sufrido restauraciones.

Junto a la radiografía industrial, se emplean otras técnicas complementarias como pueden ser:

• Fluorescencia de rayos X (XFR).
• Tomografía Computerizada (TC).
• Espectroscopía infrarroja.
• Ultrasonidos.
• Difracción de rayos X (XRD).
• Luz ultravioleta (UV). Ayuida a identificar restauraciones previas y materiales añadidos, ya que algunos de ellos tienen la propiedad de que son fluorescentes bajo la luz ultravioleta.

Estos métodos, junto con la radiografía industrial, ofrecen una visión integral del estado y la composición de los objetos culturales, permitiendo a los conservadores y restauradores tomar decisiones informadas sobre su tratamiento y preservación.

Difracción de rayos X (XRD)

Es un sistema avanzado que se utiliza para analizar y comprender los materiales, la edad y la procedencia de los objetos antiguos sin tocarlos, eliminando así el riesgo de contaminación. Conocer esta información permite identificar los métodos de conservación más adecuados para las reliquias.

Es una técnica no destructiva y de alta sensibilidad,que permite investigar unas pocas partículas o miligramos de material, por lo que es menos intrusivo que otros métodos.

Se expone el material cristalino a rayos X y, a medida que estos interactúan con los átomos de los cristales del material, se dispersan y producen un efecto de interferencia, llamado patrón de difracción. Este patrón puede proporcionar información sobre la estructura del cristal o la identidad de una sustancia cristalina, lo que ayuda a los científicos a caracterizar e identificar con exactitud la estructura cristalina de un objeto.

En las aplicaciones del XRF, los analistas reciben impresiones de los picos (de forma muy similar al electrocardiograma) que cuentan la historia d ela composición del material que se está examinando. El eje horizontal revela los elementos del objeto y la altura de los picos proporciona el porcentaje del material presente.

De forma detallada, se emplea para:

• Identificar los compuestos cristalinos presentes en los objetos, proporcionando información sobre su composición y origen.
• Analizar los pigmentos en pinturas y cerámicas, ayudando a determinar las técnicas y materiales utilizados por los artistas.
• Proporcionar información sobre los materiales originales y los utilizados en restauraciones anteriores, ayudando a los conservadores a planificar mejor las intervenciones.
• Identificar cambios en la estructura cristalina de los materiales debido a procesos de deterioro, lo que es crucial para planificar estrategias de conservación.
• No se utiliza directamente para desinfectar, no obstante, puede ayudar a identificar la presencia de sales y otros compuestos que podrían favorecer el crecimiento de microorganismos, facilitando la planificación de tratamientos de desinfección más adecuados.
• Revelar inconsistencias en la estructura cristalina de los objetos que podrían indicar falsificaciones.
• Comparar la estructura cristalina de los objetos con materiales de referencia conocidos, proporcionando evidencia adicional de autenticidad.

Algunos ejemplos de aplicación de esta técnica son:

• Analizar cerámicas arqueológicas ayudando a determinar su origen y las técnicas de fabricación utilizadas.
• Estudiar los pigmentos de las pinturas, proporcionando información sobre los materiales y técnicas empleadas por los artistas.
• Analizar la pátina de estatuas de bronce, ayudando a determinar su composición y estado de conservación.
• La Saliera de Cellini. Esta estatua de 30 cm con un 90% de oro puro tiene un gran valor histórico porque fue esculpida durante el Renacimiento para contener la sal que se utilizaba en los festines reales, muestra los gráciles cuerpos de un hombre y una mujer que simbolizan al dios del mar y a la diosa de la tierra. Su valor supera los 60 millones de dólares. Tras su muy publicitado robo en 2003, la policía austriaca pasó casi tres años buscando a los ladrones, antes de recibir un aviso a principios de 2006 de que el tesoro artístico estaba enterrado en una bolsa en los bosques del noroeste de Austria. Mediante la XRF, los restauradores han podido analizar si la estatua tiene daños ocultos, verificar su autenticidad y cómo proceder a reparar los daños sufridos durante el robo y su posterior conservación.
• Examinar la nariz del David de Miguel Ángel para que pudiese ser restaruada de forma segura.
• Examinar la rodilla derecha de la estatua de bronce de Perseo de Cellini en el Museo Uffizi de Florencia (Italia) para conocer que estaba formada de una aleación de bronce con distintos porcentajes de cobre, estaño, plomo, antimonio, hierro y plata.

Junto con la XRD, se utilizan varios métodos complementarios para el estudio, conservación, restauración, desinfección y autentificación del patrimonio cultural, que ofrece una visión integral del estado y la composició de los objetos culturales. Los más comunes son:

• Fluorescencia de rayox X (XRF).
• Espectroscopía Raman. Empleada para identificar moléculas y estructuras cristalinas en materiales culturales, especialmente útil, para analizar pigmentos y materiales orgánicos.
• Espectroscopía infrarroja. Utilizada para identificar materiales orgánicos e inorgánixos en objetos culturales, en particular, para analizar capas de pintura y materiales de relleno.
• Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). Permite obtener imágenes de alta resolución de la supericie de los objetos, revelenado detalles microscópicos sobre su composición y estructura.
• Tomografía computarizada (TC).
• Análisis por actiivación de neutrones (AAN). Determina la composició elemenetal de los objetos mediante la irradiación con neutrones y la medición de la radiactividad inducida.

Tomografía Computerizada (TC)

Es una técnica no destructiva que proporciona imágenes tridimensionales detalladas del interior de los objetos mediante el uso de los rayox X por lo que es útil para estudiar su estructura interna, detectar daños ocultos, restauraciones etc.

La fuente de rayos X emite un haz hacia el objeto y un receptor realiza las medidas, gira un ángulo determinado y va repitiendo el proceso. Posteriormente se realiza el promedio de todas las imágenes y se obtiene, mediante programas de cálculo informático, una sección o corte transversal.

Se puede estudiar cada imagen transversal por separado o se puede crear una imagen del objeto en tres dimensiones a partir de toda la información.

Como ejemplos de la utilización de esta técnica tenemos:

• El estudio de momias incas encontradas en el volcán de Llullaillaco, revelando detalles sobre su estado de conservación y las condiciones ambientales que favorecieron su preservación.
• El estudio de fósiles humanos en Atapuerca (España) mediante tomografía computerizada ha permitido obtener imágenes detalladas de los restós óseos sin dañarlos.
• El análisis de de tallas de madera antiguas, identificando grietas internas y técnicas de construcción utilizadas por los artesanos.
• El análisis de una momia del sacerdote egipcio Ankhekhounsu que vivió hace 3.000 millones de años por investigadores italianos.

De forma detallada tenemos el ejemplo del análisis de la momia del sacerdote egipcio Ankhekhonsu que vivió hace 3.000 millones de años.

Fue trasladado del Museo Arqueológico Cívico de Bérgamo al Hospital Policlínico de Milán. En el lugar, el equipo "Mummy Project" y el de Radiología del Policlínico, realizaron una tomografía computerizada de la que se sacaron análisis para reconstruir parte de su vida y muerte.

Las imágenes obtenidas también permitirán la reconstrucción forense de su rostro.

Además de la tomografía computerizada se utilizan varios métodos complementarios con lo que pueden ofrecer una visión integral del estado y la composición de los objetos culturales, permitiendo a los conservadores y restauradores tomar decisiones informadas sobre su tratamiento y preservación. Los más comunes son:

• Fluorescencia de rayos X (XRF).
• Espectroscopía Raman
• Espectroscopía infrarroja
• Difracción de rayos X (XRD)
• Microscopía Electrónica de Barrido (SEM)
• Ultrasonidos

Ensayo no destructivo (END) y análisis no destructivo (AND)

En Albania se ha recurrido a los rayos X para descubrir quién fue el pintor del retrato centenario de San Jorge, un de los santos más famosos del cristinanismo.

Mediante estos dos métodos, basados ambos en los rayos X, se pudieron estudiar los materiales y la calidad del objeto, la integridad y las propiedades físicas sin dañarlo, el interior y detectar cualquier grieta o desperfecto que, de otro modo, no serían visibles.

Después se aplicó un la XFR y se pudo determinar los materiales utilizados y los compararan con los empleados por distintos artistas en diferentes épocas y el análisis arrojó una coincidencia, los hermanos Çetiri en el siglo XVIII fueron los autores.

Si quieres saber más sobre las técnicas nucleares aplicadas a conservar el patrimonio cultural con ejemplos, puedes consultar esta publicación del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) titulada: "Uses of Ionizing Radiation for Tangible Cultural Heritage Conservation"