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.
Pada abad pertengahan, para alkemis berusaha mencapai hal yang tampaknya mustahil. Mereka ingin mengubah timbel menjadi emas berkilauan. Sejarah menggambarkan orang-orang ini sebagai eksentrik tua, tetapi jika saja mereka tahu bahwa mimpi itu benar-benar dapat dicapai. Memang, saat ini kita dapat memproduksi emas di Bumi berkat penemuan modern yang terlambat ditemukan para alkemis abad pertengahan selama beberapa abad. Namun, untuk tahu cara logam mulia ini tertanam di planet Bumi, kita harus menatap ke atas ke arah bintang. Emas adalah benda luar angkasa. Alih-alih muncul dari kerak berbatu planet ini, emas sebenarnya dibentuk di luar angkasa dan hadir di Bumi karena ledakan bintang yang dahsyat yang disebut supernova. Bintang terdiri dari hidrogen, unsur paling sederhana dan paling ringan. Tekanan gravitasi yang luar biasa dari begitu banyak materi memampatkan dan memicu fusi nuklir di inti bintang. Proses ini melepaskan energi dari hidrogen, membuat bintang bersinar. Selama jutaan tahun, fusi mengubah hidrogen menjadi unsur yang lebih berat: helium, karbon, dan oksigen, membakar unsur berikutnya lebih cepat untuk mencapai besi dan nikel. Namun, pada titik itu fusi nuklir tidak lagi melepaskan energi yang cukup, dan tekanan dari inti mereda. Lapisan luar runtuh ke pusat, dan memantul balik dari injeksi energi yang tiba-tiba ini, bintang meledak membentuk supernova. Tekanan ekstrim bintang yang runtuh sangat kuat, sehingga proton dan elektron subatomik dipaksa menyatu di dalam inti, membentuk neutron. Neutron tidak memiliki muatan listrik, sehingga mudah ditangkap oleh unsur golongan besi. Beberapa penangkapan neutron memungkinkan pembentukan unsur yang lebih berat dibandingkan unsur yang dibentuk oleh bintang dalam keadaan normal, dari perak menjadi emas, dari timbel menjadi uranium. Sangat kontras dengan transformasi jutaan tahun hidrogen menjadi helium, ciptaan unsur terberat dalam supernova berlangsung hanya dalam hitungan detik. Apa yang terjadi pada emas pasca ledakan? Gelombang kejut supernova yang meluas mendorong puing-puing unsurnya melalui medium antar bintang, memicu tarian berputar-putar gas dan debu yang mengembun menjadi bintang dan planet baru. Emas bumi kemungkinan dikirim dengan cara ini sebelum ditekan oleh aktivitas panas bumi. Miliaran tahun kemudian, kita mengekstrak produk berharga ini dengan menambangnya, proses mahal yang rumit karena kelangkaan emas. Bahkan, semua emas yang telah kita tambang dalam sejarah dapat ditumpuk menjadi hanya tiga kolam renang ukuran Olimpiade, meskipun demikian, massanya lebih banyak karena emas 20 kali lebih padat daripada air. Dapatkah kita memproduksi lebih banyak komoditas yang didambakan ini? Sebenarnya, bisa. Dengan menggunakan akselerator partikel, kita dapat meniru reaksi nuklir kompleks yang membuat emas di bintang. Namun, mesin ini hanya dapat membuat emas atom demi atom. Jadi, perlu waktu hampir seusia alam semesta untuk menghasilkan satu gram dengan biaya yang jauh lebih mahal dari nilai emas saat ini. Jadi, ini bukan solusi yang bagus. Namun, jika kita ingin mencapai titik hipotetis yaitu saat kita menambang semua emas yang terkubur di bumi, ada cara lain yang bisa kita coba. Lautan menyimpan sekitar 20 juta ton emas larut tetapi dengan konsentrasi sangat kecil, membuat pemulihannya terlalu mahal. Mungkin nanti, kita akan lihat demam emas untuk menggali kekayaan mineral dari planet lain di tata surya kita. Dan siapa yang tahu? Mungkin supernova masa depan akan terjadi cukup cepat untuk menghujani kita dengan hartanya dan semoga tidak memusnahkan semua kehidupan di Bumi dalam prosesnya.