La Voie Lactée est une galaxie spirale barrée avec un diamètre isophotal D25 estimé à 26,8 ± 1,1 kiloparsecs (87.400 ± 3.600 années-lumière) – et pourtant elle n'a que environ 1.000 années-lumière d'épaisseur dans les bras spiraux. Si vous aplatissiez un disque aussi large jusqu'à cette épaisseur, les proportions deviennent rapidement étranges : la galaxie dans laquelle nous vivons est bien plus semblable à une feuille qu'à une sphère.
Elle contient un estimé de 100 à 400 milliards d'étoiles et au moins autant de planètes, toutes en orbite autour d'un centre commun que les astronomes n'ont réussi à photographier directement qu'en 2022. Entre le disque visible et la matière invisible qui l'entoure, la Voie Lactée est plus étrange et plus grande que la bande de lumière calme qu'elle semble être depuis une cour sombre.
Où Nous Nous Situons Réellement
Le Système solaire est situé à un rayon d'environ 27.000 années-lumière (8,3 kpc) du Centre galactique, sur le bord intérieur du Bras d'Orion, l'une des concentrations en forme de spirale de gaz et de poussière qui serpentent à travers le disque. Cela nous place bien loin du centre surpeuplé et en deçà du vrai bord – une adresse plutôt ordinaire dans une galaxie de centaines de milliards d'étoiles.
Loin du renflement central ou du bord extérieur, la vitesse orbitale stellaire typique se situe entre 200 et 220 km/s. Chaque étoile de cette zone intermédiaire, y compris le Soleil, tourne autour du Centre galactique à peu près à ce rythme, toutes enfermées dans la même orbite longue et silencieuse.
Un Trou Noir Que Nous Avons Finalement Photographié
Les étoiles dans les 10.000 années-lumière les plus internes de la Voie Lactée forment un renflement et un ou plusieurs barres qui rayonnent du renflement, et au tout centre de ce renflement se trouve quelque chose d'étrange que des étoiles. La concentration de masse là est mieux expliquée comme un trou noir supermassif (SMBH) avec une masse estimée de 4,1 à 4,5 millions fois la masse du Soleil – un objet que les astronomes avaient déduit à partir du mouvement des étoiles proches des décennies avant de le voir directement.
Cela a changé le 12 mai 2022, lorsque la première image de Sagittarius A* a été libérée par la Collaboration du Event Horizon Telescope. C'est la deuxième image confirmée d'un trou noir jamais produite, après le trou noir supermassif de Messier 87 en 2019 – ce qui signifie que l'humanité a maintenant imagé directement exactement deux trous noirs, et l'un d'eux est celui au centre de notre propre galaxie.
Les étoiles passent remarquablement près de lui. À partir de 2020, l'étoile S4714 est le détenteur du record pour l'approche la plus proche de Sagittarius A*, à environ 12,6 UA (1,88 milliard de km) – presque aussi proche que Saturne ne s'approche du Soleil – tout en voyageant à environ 8% de la vitesse de la lumière. Une étoile qui oscille si près d'un trou noir supermassif, à une fraction significative de la vitesse de la lumière, est le type de physique extrême qui ne se produit qu'au cœur d'une galaxie.
Deux Bras, Pas Quatre
Pendant des décennies, les illustrations de la Voie Lactée montraient quatre grands bras spiraux. Les sondages infrarouges ont compliqué ce tableau : ces preuves suggèrent que la Voie Lactée ne possède que deux grands bras stellaires, le bras de Persée et le bras de Scutum-Centaurus, les autres étant réduits à des structures mineures. Le Bras de Scutum-Centaurus se démarque toujours clairement dans les données – il contient environ 30% plus de géantes rouges que prévu en l'absence d'un bras spiral, une signature de densité que la lumière visible seule ne révèle pas aussi clairement.
La barre au centre de la galaxie a suivi son propre chemin vers la reconnaissance. Les astronomes ont d'abord conjecturé dans les années 1960 que la Voie Lactée est une galaxie spirale barrée plutôt qu'une galaxie spirale ordinaire, mais il a fallu des décennies pour confirmer. Ces conjectures ont été confirmées par les observations du Télescope Spitzer en 2005, qui ont montré que la barre centrale de la Voie Lactée est plus grande qu'on ne le pensait auparavant – une caractéristique se cachant à la vue de tous, obscurcie par la même poussière qui cache tant du centre galactique aux télescopes de lumière visible.
Un Halo Ancien et Tournant Lentement
Au-delà du disque, la Voie Lactée porte un halo d'étoiles beaucoup plus anciennes derrière elle. Dans le halo stellaire, les étoiles tendent à être anciennes, la plupart ayant plus de 12 milliards d'années, et elles se déplacent très différemment des étoiles du disque : les étoiles du halo ont une dispersion de vitesse radiale observée d'environ 200 kilomètres par seconde, mais une faible vitesse de rotation moyenne d'environ 50 km/s. Les étoiles du disque s'orbient ensemble dans un flux rapide et ordonné ; les étoiles du halo dérivent dans un essaim lent et dispersé qui s'est à peine organisé sur plus de 12 milliards d'années.
Les simulations récentes suggèrent qu'une zone de matière sombre autour de la Voie Lactée, contenant également certaines étoiles visibles, pourrait s'étendre jusqu'à un diamètre de près de 2 millions d'années-lumière (613 kpc). En ne comptant que ce qui brille, la Voie Lactée fait environ 87.400 années-lumière de diamètre ; en comptant ce que sa gravité contrôle réellement, elle pourrait s'étendre près de 2 millions d'années-lumière. En utilisant ce cutoff plus large de 200 kpc pour définir la galaxie, la Voie Lactée est approximativement 0,88 trillion fois la masse du Soleil au total (8,8×10^11 masses solaires) – l'immense majorité invisible.
Un Satellite Qui a Ondulé la Galaxie
La Voie Lactée n'est pas seule même dans sa portée gravitationnelle propre. La Galaxie Sphéroïdale Naine du Sagittaire, satellite de la Voie Lactée, a un diamètre d'environ 10.000 années-lumière et est actuellement à environ 80.380 années-lumière de la Terre, voyageant dans une orbite polaire à une distance d'environ 50.000 années-lumière du noyau de la Voie Lactée. C'est une petite compagne, se déplaçant sur les pôles de la galaxie plutôt que à travers son disque.
Aussi petit soit-il, ce satellite a laissé sa marque sur toute la galaxie. En 2018, le projet Gaia de l'Agence Spatiale Européenne a montré que la Galaxie Sphéroïdale Naine du Sagittaire avait causé des perturbations dans un ensemble d'étoiles près du noyau de la Voie Lactée, causant des mouvements ondulants inattendus des étoiles, déclenchés lorsqu'elle s'est déplacée à travers la Voie Lactée entre 300 et 900 millions d'années. Une galaxie naine une fraction de la taille de la Voie Lactée s'est assez rapprochée, il y a des centaines de millions d'années, pour faire onduler les étoiles près de notre propre noyau galactique – et l'ondulation était toujours détectable quand Gaia l'a cherchée.
Chaque Étoile, Mappée Deux Fois
L'ampleur de ce que les astronomes savent maintenant sur la Voie Lactée doit beaucoup à un seul engin spatial. La mission Gaia a étendu le nombre d'étoiles observées dans la Voie Lactée d'environ 2 millions dans les années 1990 à 2 milliards – un saut mille fois en une génération d'astronomie, et encore seulement une petite fraction des 100 à 400 milliards d'étoiles que la galaxie est censée contenir.
Une Collision Lente Déjà en Cours
Le futur à long terme de la Voie Lactée est déjà écrit dans le mouvement de ses voisins. La collision Andromède-Voie Lactée est une collision galactique qui pourrait survenir dans environ 4,5 milliards d'années entre les deux plus grandes galaxies du Groupe Local, et la Galaxie d'Andromède s'approche de la Voie Lactée à environ 110 kilomètres par seconde, comme indiqué par un décalage vers le bleu.
Quand cela se produira, les deux galaxies se traverseront avec surprenamment peu de contact direct. La Galaxie d'Andromède contient environ 1 billion (10^12) d'étoiles et la Voie Lactée environ 300 milliards (3×10^11), et même ainsi, la probabilité que deux étoiles se heurtent est négligeable en raison des énormes distances entre les étoiles. Deux galaxies de cette échelle se traverseront, et le vrai drame de la fusion se déploiera presque entièrement dans l'espace vide.