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.
Nel Medioevo, gli alchimisti cercavano di ottenere l'impossibile. Volevano trasformare il piombo scadente in oro scintillante. La storia li ritrae come vecchi eccentrici; se solo avessero saputo che i loro sogni erano davvero realizzabili! Infatti, oggi possiamo produrre oro sulla Terra, grazie alle invenzioni moderne che quegli alchimisti medievali si sono persi per qualche secolo. Ma per capire come questo metallo prezioso arrivò in principio sul nostro pianeta, dobbiamo guardare verso l'alto, verso le stelle. L'oro è extraterrestre. Invece che nascere dalla crosta rocciosa del pianeta, fu in realtà preparato nello spazio ed è presente sulla Terra a causa di esplosioni stellari cataclismatiche dette supernove. Le stelle sono composte soprattutto da idrogeno, l'elemento più semplice e leggero. L'enorme pressione gravitazionale di una tale quantità di materia si comprime e attiva la fusione nucleare nel nucleo della stella. Questo processo rilascia energia dall'idrogeno, facendo brillare la stella. Nel corso di molti milioni di anni, la fusione trasforma l'idrogeno in elementi più pesanti: elio, carbonio, e ossigeno, bruciando gli elementi successivi sempre più velocemente per creare ferro e nickel. Tuttavia, a quel punto la fusione nucleare non rilascia più energia sufficiente, e la pressione del nucleo si esaurisce. Gli strati più esterni collassano nel centro, e, riprendendosi da questa improvvisa iniezione di energia, la stella esplode, formando una supernova. L'estrema pressione di una stella che collassa è così alta che i protoni e gli elettroni subatomici vengono spinti insieme nel nucleo e formano i neutroni. I neutroni non hanno carica elettrica respingente, quindi vengono facilmente catturati dagli elementi del gruppo del ferro. La cattura di molti neutroni permette la formazione di elementi più pesanti che, in circostanze normali, una stella non è in grado di formare, dall'argento all'oro, dal piombo, all'uranio. In forte contrasto con la trasformazione millenaria da idrogenio a elio, la creazione degli elementi più pesanti in una supernova avviene in pochi secondi. Ma che ne è dell'oro dopo l'esplosione? L'onda d'urto della supernova, in espansione, spinge i suoi detriti primari attraverso il mezzo interstellare, scatenando una vorticosa danza di gas e polvere che si condensa in nuove stelle e pianeti. L'oro della terra, probabilmente, è stato creato così, prima di essere modellato in forma di vene dall'attività geotermica. Milliardi di anni dopo, oggi estraiamo questo prezioso prodotto nelle miniere, un processo costoso ulteriormente complicato dalla rarità dell'oro. In effetti, tutto l'oro che abbiamo estratto nella storia, potrebbe essere ammassato in solo tre piscine olimpioniche, sebbene ciò rappresenti molta massa perché l'oro è circa 20 volte più denso dell'acqua. Possiamo produrre maggiori quantità di questo bene tanto bramato? In effetti, sì. Utilizzando acceleratori di particelle, possiamo simulare le complesse reazioni nucleari che creano l'oro nelle stelle. Ma queste macchine possono produrre oro soltanto atomo per atomo. Quindi ci vorrebbe quasi un'era dell'universo per produrre un grammo a un costo molto superiore dell'attuale valore dell'oro. Quindi non è proprio una buona soluzione. Ma se raggiungessimo un ipotetico punto in cui avremmo estratto tutto l'oro sepolto nella Terra, potremmo cercare anche in altri posti. Si stima che l'oceano contenga 20 millioni di tonnellate di oro dissolto ma in concentrazioni estremamente basse: attualmente l'operazione è troppo costosa. Magari un giorno vedremo corse all'oro per estrarre la ricchezza minerale degli altri pianeti del nostro sistema solare. E chi lo sa? Magari una supernova in futuro sarà abbastanza vicina a noi da inondarci con il suo tesoro senza, si spera, eliminare anche tutta la vita sulla Terra.