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.
In de middeleeuwen probeerden alchemisten het schijnbaar onmogelijke te bereiken. Ze wilden eenvoudig lood veranderen in glinsterend goud. De geschiedenis schildert hen af als bejaarde excentriekelingen, maar hadden ze maar geweten dat hun dromen te verwezenlijken waren. Inderdaad, thans kunnen we goud op aarde fabriceren dankzij moderne uitvindingen die deze middeleeuwse alchemisten op een paar eeuwen na misten. Maar om te begrijpen hoe dit kostbare metaal vooralsnog ingebed raakte in onze planeet moeten we omhoog kijken naar de sterren. Goud is buitenaards materiaal. Het ontstond niet uit de rotsen van onze planeet, maar werd in feite in de ruimte bereid en is op aarde te vinden vanwege enorme explosies van sterren, supernova's geheten. Sterren bestaan vooral uit waterstof, het simpelste en lichtste element. De enorme zwaartekracht van zo veel materiaal drukt samen en veroorzaakt kernfusie in de kern van de ster. Dit proces maakt energie vrij uit de waterstof waardoor de ster gaat stralen. Gedurende vele miljoenen jaren verandert kernfusie waterstof in zwaardere elementen: helium, koolstof en zuurstof, zodat volgende elementen steeds sneller verbranden en ijzer en nikkel vormen. Maar dan laat kernfusie niet genoeg energie meer vrij en de druk uit de kern raakt uitgeput. De buitenste lagen storten naar binnen en stuiteren terug door deze plotselinge aanvoer van energie waardoor de ster explodeert en een supernova vormt. De extreme druk van een ineenstortende ster is zo groot dat subatomaire protonen en elektronen in de kern samengedrukt worden en zo neutronen vormen. Neutronen hebben geen afstotende elektrische lading zodat ze makkelijk gevangen worden door de ijzeren groepselementen. Vele neutronenvangsten maken de formatie van zwaardere elementen mogelijk die een ster onder normale omstandigheden niet kan vormen, van zilver naar goud, via lood en door naar uranium. In contrast met de miljoenen jaren durende omzetting van waterstof naar helium vindt het scheppen van de zwaarste elementen in een supernova plaats in luttele seconden. Maar wat gebeurt er met het goud na de explosie? De uitdijende schokgolf van de supernova stuwt zijn afval van elementen voort via het interstellaire medium, waardoor een wervelende dans van gas en stof ontstaat die zich verdicht tot nieuwe sterren en planeten. Het goud van de aarde werd waarschijnlijk aldus afgezet voordat het tot aderen gekneed werd door geothermale activiteit. Miljarden jaren later delven we nu dit kostbare product in mijnen, een duur proces dat bepaald wordt door de zeldzaamheid van goud. In feite past al het goud dat we tot nu toe hebben gedolven eenvoudigweg in drie zwembaden van Olympische afmetingen, hoewel dit een hoop massa vertegenwoordigt want goud is ongeveer 20 maal dichter dan water. Kunnen we dus meer van deze begeerde grondstof produceren? Eerlijk gezegd, ja. Met deeltjesversnellers kunnen we de complexe kernreacties nabootsen die in sterren goud voortbrengen. Maar deze hulpmiddelen kunnen alleen goud per atoom construeren. Het zou dus bijna de leeftijd van het heelal duren om één gram te produceren en dit tegen kosten die de huidige waarde van goud verre overtreffen. Dat is dus geen erg goede oplossing. Maar als we in theorie het punt zouden bereiken waarop al het onontgonnen goud van de aarde gedolven is, dan zijn er andere plaatsen waar we kunnen kijken. In de oceanen zit naar schatting 20 miljoen ton opgelost goud, maar in heel kleine concentraties waardoor winning nu te kostbaar is. Misschien krijgen we ooit een goudkoorts die de minerale rijkdom aanboort van de andere planeten in ons zonnestelsel. En wie weet? Misschien ontstaat een toekomstige supernova zo dichtbij dat deze ons bedelft met zijn schatten, hopelijk zonder hierbij al het leven op aarde uit te roeien.