Disque et bras spiraux

La Voie lactée est une galaxie spirale barrée d'environ 100 000 années-lumière de diamètre, dont l'essentiel des étoiles — dont le Soleil — se trouve dans un disque galactique aplati de seulement quelques milliers d'années-lumière d'épaisseur. Notre système solaire réside dans l'un des bras spiraux secondaires, le bras d'Orion, à mi-chemin environ entre le centre et le bord du disque.

Le Soleil met environ 230 millions d'années à effectuer une orbite complète autour du centre galactique — une durée telle qu'il n'a bouclé qu'une vingtaine de tours depuis sa formation, alors même que la Terre a déjà connu plus de 4,5 milliards de rotations autour de lui.

Bulbe et halo

Au centre de la galaxie s'étend le bulbe galactique, une concentration dense et globalement sphérique de vieilles étoiles, bien plus âgées en moyenne que celles du disque. Tout autour, un halo beaucoup plus vaste et diffus s'étend loin au-delà du disque visible, peuplé d'amas globulaires d'étoiles anciennes et, selon la plupart des modèles actuels, d'une quantité considérable de matière noire invisible dont la masse dépasserait largement celle de toute la matière visible réunie.

Le trou noir supermassif central

Au cœur exact de la Voie lactée réside Sagittarius A*, un trou noir supermassif d'environ 4 millions de fois la masse du Soleil. Son existence a été confirmée sans ambiguïté en suivant pendant des décennies les orbites d'étoiles individuelles tournant à très grande vitesse autour d'un point invisible — un travail qui a valu le prix Nobel de physique 2020 à Reinhard Genzel et Andrea Ghez. En 2022, l'Event Horizon Telescope en a même produit la toute première image directe, sous forme d'un anneau de lumière entourant son ombre.

La quasi-totalité des grandes galaxies, y compris les elliptiques, semblent abriter un trou noir supermassif comparable en leur centre — une caractéristique qui pourrait être liée à leur formation même.

Dévoilée en mai 2022, cette image montre un anneau lumineux et asymétrique de gaz surchauffé entourant une région sombre centrale — l'ombre du trou noir, la zone d'où aucune lumière ne peut s'échapper. Elle n'a pas été captée par un seul instrument, mais reconstituée à partir des données combinées de huit radiotélescopes répartis sur toute la planète, de l'Antarctique au Chili, fonctionnant simultanément comme un unique télescope virtuel de la taille de la Terre — la seule façon d'atteindre la résolution nécessaire pour distinguer un objet aussi compact à une distance de 27 000 années-lumière.

Photographier Sagittarius A* s'est révélé bien plus difficile que M87*, le premier trou noir jamais imagé par la même collaboration en 2019 : bien que Sagittarius A* soit beaucoup plus proche, sa matière orbite si vite autour de lui — en quelques minutes seulement, contre plusieurs jours pour M87* — que son apparence change sensiblement pendant même la durée d'une seule observation, obligeant les équipes à développer de nouvelles techniques pour reconstituer une image nette malgré ce mouvement constant.

Une galaxie difficile à cartographier de l'intérieur

Paradoxalement, il est plus facile de dresser une carte détaillée d'une galaxie voisine que de la nôtre : observer la Voie lactée depuis le Soleil revient à essayer de dessiner le plan d'une forêt en restant coincé entre les arbres, avec en plus d'épais nuages de poussière interstellaire qui bloquent la lumière visible en direction du centre galactique. Les astronomes contournent cet obstacle en observant dans d'autres longueurs d'onde — infrarouge, radio, rayons X — qui traversent mieux la poussière.

La mission spatiale européenne Gaia, lancée en 2013, a considérablement affiné cette carte en mesurant avec une précision inédite la position, la distance et le mouvement de plus d'un milliard d'étoiles, révélant notamment que le disque galactique est légèrement gauchi, comme un vinyle voilé, probablement sous l'effet gravitationnel de galaxies naines en interaction.

Une collision à venir

La Voie lactée et la galaxie d'Andromède, sa plus grande voisine, se rapprochent l'une de l'autre à environ 110 km/s et devraient entrer en collision dans environ 4,5 milliards d'années — un calendrier étonnamment proche de celui de la transformation du Soleil en géante rouge. Comme pour toute collision galactique, les étoiles individuelles ne s'entrechoqueront presque jamais directement, mais les deux galaxies fusionneront progressivement sur plusieurs centaines de millions d'années pour former une unique galaxie elliptique, parfois surnommée par avance « Lactomède » ou « Milkomeda ».

Le système solaire, quant à lui, devrait très probablement survivre à cette fusion, simplement déplacé vers une autre région de la galaxie résultante — une échelle de temps si lointaine que le Soleil aura, de toute façon, déjà largement entamé sa propre transformation en étoile géante d'ici là.