In medieval times, alchemists tried to achieve the seemingly impossible. They wanted to transform lowly lead into gleaming gold. History portrays these people as aged eccentrics, but if only they'd known that their dreams were actually achievable. Indeed, today we can manufacture gold on Earth thanks to modern inventions that those medieval alchemists missed by a few centuries. But to understand how this precious metal became embedded in our planet to start with, we have to gaze upwards at the stars. Gold is extraterrestrial. Instead of arising from the planet's rocky crust, it was actually cooked up in space and is present on Earth because of cataclysmic stellar explosions called supernovae. Stars are mostly made up of hydrogen, the simplest and lightest element. The enormous gravitational pressure of so much material compresses and triggers nuclear fusion in the star's core. This process releases energy from the hydrogen, making the star shine. Over many millions of years, fusion transforms hydrogen into heavier elements: helium, carbon, and oxygen, burning subsequent elements faster and faster to reach iron and nickel. However, at that point nuclear fusion no longer releases enough energy, and the pressure from the core peters out. The outer layers collapse into the center, and bouncing back from this sudden injection of energy, the star explodes forming a supernova. The extreme pressure of a collapsing star is so high, that subatomic protons and electrons are forced together in the core, forming neutrons. Neutrons have no repelling electric charge so they're easily captured by the iron group elements. Multiple neutron captures enable the formation of heavier elements that a star under normal circumstances can't form, from silver to gold, past lead and on to uranium. In extreme contrast to the million year transformation of hydrogen to helium, the creation of the heaviest elements in a supernova takes place in only seconds. But what becomes of the gold after the explosion? The expanding supernova shockwave propels its elemental debris through the interstellar medium, triggering a swirling dance of gas and dust that condenses into new stars and planets. Earth's gold was likely delivered this way before being kneaded into veins by geothermal activity. Billions of years later, we now extract this precious product by mining it, an expensive process that's compounded by gold's rarity. In fact, all of the gold that we've mined in history could be piled into just three Olympic-size swimming pools, although this represents a lot of mass because gold is about 20 times denser than water. So, can we produce more of this coveted commodity? Actually, yes. Using particle accelerators, we can mimic the complex nuclear reactions that create gold in stars. But these machines can only construct gold atom by atom. So it would take almost the age of the universe to produce one gram at a cost vastly exceeding the current value of gold. So that's not a very good solution. But if we were to reach a hypothetical point where we'd mined all of the Earth's buried gold, there are other places we could look. The ocean holds an estimated 20 million tons of dissolved gold but at extremely miniscule concentrations making its recovery too costly at present. Perhaps one day, we'll see gold rushes to tap the mineral wealth of the other planets of our solar system. And who knows? Maybe some future supernova will occur close enough to shower us with its treasure and hopefully not eradicate all life on Earth in the process.
Au Moyen-Âge, les alchimistes tentèrent de réaliser l'impossible. Ils voulaient transformer du modeste plomb en or étincelant. L'histoire les présente comme de vieux excentriques si seulement ils avaient su que leurs rêves étaient en fait réalisables. En effet, aujourd'hui nous pouvons fabriquer de l'or sur Terre grâce aux inventions modernes, que ces alchimistes médiévaux ont manqué de quelques siècles. Mais pour comprendre comment ce précieux métal se retrouva sur notre planète, il faut commencer par contempler les étoiles. L'or est extraterrestre. Au lieu de venir de la croûte terrestre il a été concocté dans l'espace et est présent sur terre grâce aux explosions cataclysmiques d'étoiles appelées supernovas. Les étoiles sont faites principalement d'hydrogène, l'élément le plus simple et le plus léger. L'énorme pression gravitationnelle causée par tant d'hydrogène comprime l'étoile et déclenche une fusion nucléaire en son cœur. Ce processus libère l'énergie contenue dans l'hydrogène faisant ainsi briller l'étoile. En de nombreux millions d'années, cette fusion transforme l'hydrogène en éléments plus lourds : comme l'hélium, le carbone et l'oxygène, brûlant les éléments suivant de plus en plus vite pour atteindre le fer et le nickel. Cependant, à ce stade, cette fusion nucléaire ne libère plus assez d'énergie, et la pression au cœur de l'étoile diminue. Les couches extérieures basculent vers le centre, puis, sous l'effet de cet apport soudain d'énergie, l'étoile explose en formant une supernova. La pression extrême de l'étoile en effondrement est si élevée que les protons et les électrons subatomiques sont liés de force dans le noyau formant des neutrons. Les neutrons n'ont aucune charge électrique et sont donc facilement capturés par les éléments du groupe Fer La capture de plusieurs neutrons permet la formation d'éléments plus lourds qu'une étoile sous des circonstances normales ne pourrait pas créer, de l'argent à l'or, en passant par le plomb et l'uranium. Au contraire du million d'années nécessaire à la transformation de l'hydrogène en hélium, la création des éléments les plus lourds dans une supernova se passe en quelques secondes seulement. Mais que devient l'or après l'explosion ? L'onde de choc de la supernova en expansion projette ses débris élémentaires à travers le le milieu interstellaire, déclenchant une danse tourbillonnante de gaz et de poussières qui se condensent en de nouvelles étoiles et planètes. L'or de la terre a probablement été fourni de cette façon avant d'être pétri dans des veines par l'activité géothermique. Des milliards d'années plus tard, nous extrayons maintenant ce précieux produit via l'exploitation minière, un processus coûteux qui s'accentue avec la rareté de l'or. Tout l'or que nous avons extrait au cours de l'histoire pourrait s'amasser dans trois piscines olympiques même si cela représente une masse importante parce que l'or est environ 20 fois plus lourd que l'eau. Donc, peut-on produire plus de cette commodité tant convoitée ? En fait, oui. En utilisant des accélérateurs de particules, nous pouvons copier les réactions nucléaires complexes qui créent l'or dans les étoiles. Mais ces machines ne peuvent créer de l'or uniquement atome par atome. Donc cela prendrait presque l'âge de l'univers pour en produire un gramme à un coût bien plus élevé que la valeur actuelle de l'or. Ce n'est donc pas une très bonne solution. Mais si nous devions atteindre cet instant hypothétique où nous aurions extrait tout l'or de la Terre, il y aurait d'autres endroits où nous pourrions chercher. On estime que l'océan contient 20 millions de tonnes d'or dissout mais à des concentrations extrêmement faibles rendant sa récupération bien trop coûteuse actuellement. Peut-être un jour, verrons nous des ruées vers l'or pour extraire les ressources minières d'autres planètes de notre système solaire. Et qui sait ? Peut-être qu'une future supernova apparaîtra suffisamment près pour nous abreuver de son trésor en espérant qu'elle n'éradique pas toutes formes de vie sur Terre au passage.