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.
På medeltiden försökte alkemisterna uppnå det till synes omöjliga. De ville förvandla enkelt bly till glimmande guld. Historieböckerna porträtterar dem som åldriga excentriker, men tänk om de hade vetat att deras drömmar faktiskt var uppnåeliga. Idag kan vi faktiskt tillverka guld på jorden, tack vare moderna uppfinningar som de medeltida alkemisterna missade med några århundraden. Men för att förstå hur denna ädla metall inneslöts i vår planet från första början, måste vi se uppåt, mot stjärnorna. Guld är utomjordiskt. Det uppstod inte i vår planets steniga skorpa, utan skapades faktiskt i rymden och finns på jorden tack vare kataklysmiska stjärnexplosioner, så kallade supernovor. Stjärnor består till största del av väte, det enklaste och lättaste grundämnet. Det enorma gravitationstrycket av så mycket materia komprimerar och utlöser kärnfusion i stjärnans inre. Denna process frigör energi från vätet, vilket får stjärnan att lysa. Under miljontals år förvandlar fusionen väte till tyngre grundämnen: helium, kol, och syre, och förbränner efterföljande grundämnen allt snabbare för att nå järn och nickel. I det ögonblicket frigör inte fusionen längre tillräckligt mycket energi, och trycket från stjärnans inre ebbar ut. Det yttre lagret kollapsar in mot mitten, och när den studsar tillbaka från denna plötsliga energiinjektion, så exploderar stjärnan och bildar en supernova. Det enorma trycket hos en kollapsande stjärna är så högt att subatomiska protoner och elektroner tvingas ihop i stjärnans inre, och skapar neutroner. Neutroner har ingen repellerande elektrisk laddning, så de fångas enkelt upp av grundämnena i järngruppen. Många neutronfångster möjliggör skapandet av tyngre grundämnen som en stjärna under normala förhållanden inte kan skapa, från silver till guld, förbi bly och vidare till uran. I motsats till den miljonåriga förvandlingen av väte till helium, sker skapandet av de tyngsta grundämnena i en supernova på bara sekunder. Men vad händer med guldet efter explosionen? Stötvågen från den växande supernovan kastar ut de elementära spillrorna genom det interstellära mediet, och utlöser en virvlande dans av gas och damm som förtätas till nya stjärnor och planeter. Jordens guld levererades troligen så, innan det knådades in i ådror av geotermisk aktivitet. Miljarder år senare utvinner vi den dyrbara produkten genom gruvbrytning, en process som fördyras av guldets sällsynthet. Faktum är att allt guld som vi har utvunnit genom historien skulle få plats i tre olympiska simbassänger, även om det representerar mycket massa eftersom guld är ungefär 20 gånger tätare än vatten. Så, kan vi producera mer av denna eftertraktade handelsvara? Ja, faktiskt. Genom att använda partikelacceleratorer kan vi härma de komplexa kärnreaktioner som skapar guld i stjärnorna. Men maskinerna kan bara skapa guld atom för atom. Det skulle ta nästan lika länge som universum funnits att skapa ett gram till en väldigt mycket högre kostnad än dagens guldvärde. Så det är ingen bra lösning. Men om vi nådde ett hypotetiskt läge där vi hade utvunnit allt guld som finns på jorden, så finns det andra platser att leta på. Oceanerna innehåller uppskattningsvis 20 miljoner ton upplöst guld, men i extremt små koncentrationer vilket gör utvinningen för dyr just nu. En dag kommer vi kanske att se guldrusher för att komma åt mineralrikedomar på de andra planeterna i vårt solsystem. Och vem vet? Kanske kommer någon framtida supernova att ske tillräcklig nära för att överösa oss med sina skatter och förhoppningsvis inte utrota allt liv på jorden samtidigt.