Imaginez que vous essayiez de cartographier une ville dont vous n’êtes jamais sorti. C’est à peu près le défi auquel sont confrontés les astronomes lorsqu’ils étudient la Voie lactée.

Nous sommes à l’intérieur, situés à environ un tiers du chemin entre le centre et le bord extérieur, assis dans le disque plat à environ 95 années-lumière du plan central. Obtenir une image claire de la structure complète d’ici est véritablement difficile : le gaz et la poussière de la galaxie elle-même bloquent notre vue dans de nombreuses directions.

<h3>Quel type de galaxie est-ce ?</h3>

La Voie lactée est une galaxie spirale barrée. Cela signifie qu’elle possède un disque plat en rotation composé d’étoiles et de gaz, des bras spiraux s’étendant vers l’extérieur, et une structure centrale en forme de barre composée d’étoiles plus anciennes traversant son milieu.

Le disque s’étend sur environ 100 000 années-lumière de diamètre et n’a qu’environ 1 000 années-lumière d’épaisseur au niveau des bras spiraux — incroyablement plat par rapport à sa largeur. Au centre se trouve un renflement dense d’environ 10 000 années-lumière de diamètre, brillant d’une couleur jaune-rougeâtre car il est rempli d’étoiles géantes rouges plus âgées. La formation active d’étoiles ne s’y produit pas vraiment. Cette action a lieu dans les bras spiraux, où le gaz, la poussière et les jeunes étoiles bleues chaudes se concentrent.

<h3>Le trou noir supermassif central</h3>

Au plus profond du renflement se trouve un trou noir supermassif — une région appelée Sagittarius A* (prononcé « A-star »). Le trou noir lui-même ne peut pas être observé directement ; il n’émet aucune lumière, et des couches de gaz et de poussière entre nous et le centre galactique l’obscurcissent davantage. Mais les astronomes peuvent mesurer le mouvement des étoiles en orbite autour de cette zone, et ces vitesses orbitales sont extraordinaires.

Les estimations placent la masse de Sagittarius A* à un minimum de 3,7 millions de fois la masse de notre Soleil, compressée dans une région d’au plus 45 UA de diamètre — roughly la distance du Soleil à Pluton.

<h3>Bras spiraux et formation d’étoiles</h3>

Les bras spiraux ne sont pas tant des objets physiques que des motifs — des régions de densité plus élevée dans le disque en rotation. Ils pourraient fonctionner comme des ondes de densité, similaires aux ondulations se propageant vers l’extérieur lorsqu’une pierre touche l’eau. Le gaz et la poussière ralentissent en passant through ces régions plus denses, se comprimant ensemble et déclenchant une nouvelle formation d’étoiles.

C’est pourquoi les bras semblent briller en bleu : ils sont remplis d’étoiles bleues, chaudes, jeunes et de courte durée de vie. Les nuages passant à travers un bras spiral peuvent également être compressés par cette impulsion gravitationnelle, provoquant une autre vague de naissances stellaires.

<h3>Le problème de la matière noire</h3>

Voici l’un des plus grands mystères de la galaxie. Si toute la masse de la Voie lactée était concentrée dans les étoiles visibles et le gaz au centre, les étoiles extérieures devraient orbiter plus lentement — de la même manière que Neptune orbite beaucoup plus lentement que Mercure. Mais ce n’est pas le cas. Les étoiles proches du bord extérieur de la galaxie orbitent à presque la même vitesse que celles beaucoup plus proches du centre.

Pour produire ce schéma, il doit y avoir beaucoup plus de masse répartie dans toute la galaxie que ce que nous pouvons réellement voir. Les astronomes appellent cette matière invisible matière noire. On estime qu’elle représente environ 90 % de la masse totale de la Voie lactée. Elle n’émet ni ne réfléchit aucune lumière, n’a pas encore été détectée directement, et sa nature exacte reste inconnue — l’une des plus grandes questions ouvertes de la physique moderne.

<h3>Le voisinage de la Voie lactée</h3>

La Voie lactée n’est pas isolée. C’est le deuxième plus grand membre d’un amas de plus de 30 galaxies appelé le Groupe local, devancé seulement par la galaxie d’Andromède. Le Groupe local fait à son tour partie du Superamas de la Vierge, qui contient plus de 100 galaxies s’étendant sur plus de 100 millions d’années-lumière.

Et tout cela est en mouvement — le Groupe local se déplace vers une concentration gravitationnelle massive appelée le Grand Attracteur, se déplaçant à environ 600 km par seconde à travers un univers qui est simultanément en expansion dans toutes les directions.

La Voie lactée abrite des centaines de milliards d’étoiles, un trou noir de quatre millions de masses solaires, et suffisamment de matière noire pour surpasser en masse tout ce qui est visible par neuf fois. Nous connaissons sa forme, son centre et ses voisins. Mais l’énigme de la matière noire et l’identité du Grand Attracteur restent ouvertes – en attente de réponses.