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.
A középkorban az alkimisták a látszólag lehetetlent próbálták elérni. Az egyszerű ólmot próbálták csillogó arannyá változtatni. A történelem ezeket az alakokat vén különcöknek állította be. Bárcsak tudták volna, hogy az álmaik tényleg megvalósíthatóak. Valóban, ma képesek vagyunk földi körülmények között aranyat előállítani azoknak a modern találmányainknak köszönhetően, amikről a középkorban élt alkimisták pár évszázaddal lemaradtak. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan ágyazódott be ez az értékes fém a bolygónkba, először a csillagokra kell felpillantanunk. Az arany a Földön kívülről származik. A bolygónk sziklás földkérge helyett az űrben keletkezett, és a Földre hatalmas csillagrobbanások következtében jutott el, melyeket szupernóváknak nevezünk. A csillagok többnyire a legegyszerűbb és legkönnyebb elemből, hidrogénből állnak. Ilyen nagy anyagmennyiségnek a hatalmas gravitációs nyomása összenyomja a csillag belsejét, és nukleáris magfúziót indít el. Ez energiát szabadít fel a hidrogénből, és ez a folyamat adja a csillag fényét. Évmilliók alatt a fúzió a hidrogént nehezebb elemekké alakítja át: héliummá, szénné és oxigénné. Az egymást követő elemek egyre gyorsabban égnek egészen addig, amíg a vasat és nikkelt el nem érik. Ennél a pontnál azonban a magfúzió már nem bocsát ki elegendő energiát, és a belső nyomás lecsökken. A külső réteg a középpontba zuhan, majd a hirtelen energialökettől visszapattan, a csillag felrobban, és szupernóva lesz belőle. Az összezuhanó csillag nyomása olyan hatalmas, hogy a belsejében az atomnál kisebb protonok és elektronok neutronokká préselődnek össze. A neutronoknak nincsen taszító elektromos töltése, így könnyen csapdába ejtik a vascsoporthoz tartozó elemek. A többszörös neutronelnyelések nehezebb elemek létrejöttét teszik lehetővé, olyanokét, melyeket a csillag rendes körülmények között nem tudna létrehozni: az ezüsttől az aranyon és ólmon át az uránig. Szöges ellentétben azzal, hogy a hidrogén héliummá alakulása több millió éven át tart, a legnehezebb elemek szupernóvában történő kialakulása mindössze néhány másodperc alatt zajlik. De mi lesz az arannyal a robbanás után? A szupernóva táguló lökéshullámai az elemtörmeléket a csillagközi térbe lökik gáz- és porörvényeket kiváltva, amik új csillagokká és bolygókká sűrűsödnek. A Földön található arany valószínű így került ide, majd a geotermikus aktivitás révén telérekbe rendeződött. Évmilliárdokkal később bányászattal nyerjük ki ezt az értékes terméket, és ezt a költséges eljárást tovább drágítja az arany ritkasága. Tulajdonképpen, ha a történelem során kibányászott összes aranyat egyberaknánk, elférne csupán három olimpiai úszómedencében. Ez még így is igen nagy tömeget jelent, mivel az arany 20-szor sűrűbb a víznél. Nos, képesek vagyunk-e többet előállítani ebből a hőn áhított portékából? Tulajdonképpen, igen. Részecskegyorsítóval utánozni tudjuk azokat az összetett nukleáris reakciókat, melyek a csillagokban létrehozzák az aranyat. Ezek a gépek azonban csak atomonként képesek az aranyat létrehozni. Így tehát majdnem az univerzum életkorával azonos időbe telne egyetlen gramm előállítása, aminek költsége messze meghaladja az arany jelenlegi árát. Ez tehát nem túl jó megoldás. Ha azonban elérnénk egy olyan elméleti pontot, ahol a Föld teljes aranykészletét kibányásztuk, másfelé is keresgélhetnénk. Az óceánokban 20 millió tonnára becsült aranykészlet található oldott állapotban. A koncentrációja viszont nagyon alacsony, ezért a kitermelés jelenleg túl költséges. Talán egy nap aranyláznak leszünk tanúi, amikor is a Naprendszerünk bolygóinak ásványkincseit fogjuk megcsapolni. És ki tudja? Lehet, hogy a jövőben elég közel lesz szupernóva-robbanás ahhoz, hogy beterítsen minket a kincseivel. Remélhetőleg nem fogja kiirtani az életet a Földön mindeközben.