Au centre de la Voie lactée : un monstre de 4 millions de soleils

Vue de la Voie Lactée et de son bulbe central — Vue graphique de notre galaxie, la **Voie lactée**. Elle est organisée en bras spiraux d'étoiles géantes qui illuminent le gaz et la poussière interstellaires. Le Soleil occupe une place dans l’**Éperon d’Orion**, une excroissance stellaire qui prolonge le grand bras de Persée. Un graphique de la longitude galactique par rapport à notre Soleil est superposé.
Source image : NASA-JPL, Caltech, ESO, Robert Hurt (nouvelle fenêtre)

Résumé scientifique

L'article d'Astronoo offre une synthèse des connaissances sur la Voie Lactée, une galaxie spirale barrée de 100 000 années-lumière de diamètre, abritant 100 à 400 milliards d'étoiles. Au centre, le trou noir supermassif Sagittarius A* (4,297×10⁶ M_⊙) domine la dynamique interne. La structure en bras spiraux (Perseus, Scutum-Centaurus, Norma-Cygnus, Carina-Sagittarius, Éperon d'Orion, notre bras, aussi appelé "Bras local") est le siège de la formation stellaire, tandis que la courbe de rotation plate suggère l'existence d'un halo de matière noire. Le halo de la galaxie a commencé à se former il y a environ 13,6 milliards d'années, et les données de la mission Gaia montrent que le disque épais a entamé sa formation dès 13 milliards d'années, soit seulement 0,8 milliard d'années après le Big Bang. Longtemps présentée comme certaine, la collision future avec Andromède fait désormais débat : une étude de 2024-2025 combinant les données Hubble et Gaia évalue à environ 50 % seulement la probabilité d'une fusion d'ici 10 milliards d'années, celle-ci formant alors la galaxie elliptique "Milkomeda".

Quel est le destin du Soleil et de la Voie Lactée dans l'Univers ?

Le Soleil, né il y a 4,6 milliards d'années dans le bras d'Orion, fait partie d'une galaxie dynamique, la Voie Lactée. Celle-ci est une spirale barrée de 100 000 années-lumière, en rotation, avec un trou noir supermassif en son cœur. La galaxie n'est pas statique : elle est en interaction gravitationnelle avec ses voisines, notamment Andromède. On a longtemps annoncé une collision certaine dans environ 4,5 milliards d'années, mais une étude récente combinant les données des télescopes Hubble et Gaia (2024-2025) montre que l'issue reste incertaine : la probabilité d'une fusion d'ici 10 milliards d'années n'est que d'environ 50 %, et si elle se produit, ce serait plutôt dans 7 à 8 milliards d'années, donnant naissance à une nouvelle galaxie elliptique surnommée "Milkomeda". Quoi qu'il arrive à la galaxie, le Soleil, lui, aura de toute façon achevé son évolution stellaire et sera devenu une naine blanche bien avant cette échéance.

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Une galaxie spirale barrée

La Voie Lactée (galaxie contenant le Système solaire) est une galaxie spirale barrée typique, comptant entre 100 et 400 milliards d’étoiles. Son diamètre avoisine 100 000 années-lumière et son épaisseur moyenne est d’environ 1 000 années-lumière dans le disque. Le Soleil se situe à près de 27 000 années-lumière du centre galactique, au sein du bras d’Orion.

La barre centrale

Les observations infrarouges et radio ont révélé une barre centrale de plusieurs kiloparsecs, composée d’étoiles âgées et d’un important réservoir de gaz moléculaire. Ce type de structure influe sur la dynamique du disque et canalise le gaz vers le centre.

Le cœur galactique et son trou noir

Au centre de la Voie Lactée se trouve Sagittarius A*, un trou noir supermassif dont la masse est estimée par la collaboration GRAVITY à \(4,297 \pm 0,012 \times 10^{6} M_{\odot}\), concentrée dans un rayon inférieur à celui de l’orbite de Vénus. Cette estimation provient de l’analyse du mouvement des étoiles proches, notamment l’étoile S2, observée pendant plusieurs décennies par l’équipe de Andrea Ghez (1965-) et de Reinhard Genzel (1952-). Ces travaux ont valu à leurs auteurs le prix Nobel de physique 2020. Des mesures plus récentes de la polarisation et de la précession relativiste de sursauts infrarouges suggèrent un paramètre de spin (rotation) adimensionnel de l’ordre de 0,9, mais cette valeur reste entourée d’incertitudes et fait l’objet de vérifications complémentaires.

La région centrale : Sagittarius A

La région centrale, appelée Sagittarius A (région de forte émission radio autour du centre galactique), renferme des champs magnétiques intenses et des nuages moléculaires denses. Les émissions X et infrarouges révèlent une activité périodique liée à l’accrétion de matière par le trou noir.

Structure et bras spiraux

Le disque galactique est structuré en plusieurs bras spiraux: Perseus, Scutum-Centaurus, Norma et Sagittarius-Carina. Ces bras sont des zones de densité accrue où se forment des étoiles massives. Leur rotation n’est pas rigide: la vitesse angulaire \(\Omega(r)\) dépend du rayon galactique \(r\).

Rotation et matière noire

Les vitesses d’étoiles observées ne diminuent pas comme prévu selon la loi de Isaac Newton (1643-1727): elles restent quasi constantes au-delà du bulbe. Ce phénomène suggère la présence d’un halo de matière noire (forme hypothétique de matière invisible détectée par ses effets gravitationnels) qui dominerait la masse totale de la galaxie.

Un environnement dynamique

La Voie Lactée interagit gravitationnellement avec ses voisines, notamment les Nuages de Magellan (petit et Grand Nuage de Magellan, galaxies satellites de la Voie Lactée) Ces interactions provoquent des courants de marée et des flux de gaz vers notre disque. À plus grande échelle de temps, une rencontre avec la galaxie d’Andromède (M31) est envisagée, mais son issue — fusion en une galaxie elliptique géante ou simple survol — demeure incertaine (voir le chapitre « L’avenir de la Voie Lactée » ci-dessous).

Les merveilles de la Voie Lactée

Vue panoramique d'un assortiment coloré de 100 000 étoiles — La plupart des étoiles sur l'image sont jaune-blanc, comme notre Soleil. Les étoiles en fin de vie sont représentées par les points orange qui en se refroidissant deviennent des géantes rouges. Après avoir éjecté la majeure partie de leur masse et épuisé une grande partie de leur hydrogène, ces étoiles apparaissent d'un bleu éclatant.
Source image : L'équipe SM4 ERO de la NASA, de l'ESA et du télescope spatial Hubble (nouvelle fenêtre)

Le centre galactique et Sagittarius A*

Au cœur de la Voie Lactée se trouve Sagittarius A*, un trou noir supermassif pesant plusieurs millions de masses solaires. Il influence la dynamique des étoiles et des nuages de gaz environnants et génère des émissions de rayons X et radio, témoignant de phénomènes extrêmes dans un environnement gravitationnel intense.

Les bras spiraux et les régions de formation d’étoiles

Les bras spiraux constituent les zones où la densité de gaz et de poussière est la plus élevée. Dans ces régions naissent de nouvelles étoiles par grappes, donnant lieu à des nébuleuses célèbres comme l’Orion Nebula. Ces zones sont les incubateurs stellaires de la galaxie, illuminant le disque de la Voie Lactée et permettant de suivre la vie et la mort des étoiles.

Les amas globulaires

Les amas globulaires sont des regroupements sphériques de centaines de milliers d’étoiles très anciennes situés dans le halo galactique. Ils sont les témoins de la jeunesse de la Voie Lactée et conservent la mémoire chimique des premières générations d’étoiles. Ces amas sont parmi les objets les plus anciens et les plus fascinants observables dans notre galaxie.

Notre Galaxie, dans le domaine submillimétrique et micro-ondes

Carte de la Voie Lactée réalisée par Planck — Carte de la **Voie Lactée** réalisée par le télescope spatial Planck. Le satellite Planck n'a pas photographié le ciel en infrarouge classique mais dans le domaine submillimétrique et des micro-ondes, à la frontière de l'infrarouge lointain. Ces couleurs flamboyantes sont en réalité de la poussière polarisée, présente dans la galaxie et au-delà.
Source image : ESA/NASA/JPL-Caltech (nouvelle fenêtre)

Chronologie et origine de la Voie Lactée

Une naissance presque aussi ancienne que l’Univers

L’âge de la Voie Lactée (galaxie contenant le Système solaire) est estimé à environ 13,6 milliards d’années, soit presque aussi ancien que l’Univers lui-même. Cela signifie que notre galaxie s’est formée très tôt, peu après le Big Bang (événement cosmique à l'origine de l'expansion de l'Univers), lorsque les premiers nuages d’hydrogène et d’hélium se sont refroidis suffisamment pour permettre la formation d’atomes stables.

Les premières étoiles: la population III

Les toutes premières générations d’étoiles, dites de population III, se sont formées à partir de ce gaz primordial. Très massives et de courte durée de vie, elles ont rapidement explosé en supernovae. Ces explosions ont semé dans le milieu interstellaire des éléments lourds comme le carbone, l’oxygène et le fer, que les astrophysiciens regroupent sous le terme général de « métaux ».

Ce processus d’enrichissement chimique a permis la naissance d’étoiles plus jeunes et plus stables, ainsi que de planètes rocheuses comme la Terre. Chaque génération d’étoiles a donc transformé la composition de la galaxie, faisant passer un Univers presque pur en hydrogène et hélium à un environnement de plus en plus diversifié.

Les amas globulaires: archives de la jeunesse galactique

Les amas globulaires (amas stellaires sphériques contenant des centaines de milliers d'étoiles anciennes) du halo galactique constituent les témoins directs de cette époque primitive. Ils renferment des étoiles très âgées, parfois vieilles de plus de 12 milliards d’années. Véritables archives cosmiques, ils conservent la mémoire de la composition chimique du gaz originel et permettent de reconstituer les premières étapes de la formation de la Voie Lactée.

La formation du disque galactique

Avec le temps, la matière du halo s’est condensée sous l’effet de la gravité, formant un vaste disque en rotation. Dans ce disque, des zones de densité accrue ont donné naissance aux bras spiraux, régions où se forment encore aujourd’hui les étoiles les plus jeunes et les plus lumineuses.

C’est dans l’un de ces bras que le Soleil et son système planétaire sont apparus, il y a environ 4,6 milliards d’années. Notre étoile est donc issue d’un long cycle de transformation et de recyclage de la matière galactique, déjà enrichie par des générations d’étoiles antérieures.

La mémoire chimique des étoiles

En observant la composition chimique des étoiles réparties dans les différentes régions de la Voie Lactée, les astrophysiciens peuvent retracer son histoire. Les étoiles pauvres en métaux dominent dans le halo, vestiges du passé lointain, tandis que celles du disque sont plus riches, témoignant d’un recyclage continu de la matière interstellaire.

Ainsi, chaque étoile porte en elle la signature chimique de l’époque où elle s’est formée. En combinant ces données avec leur position dans la galaxie, il a été possible de reconstruire la chronologie de la formation du disque et du bulbe central. Ce récit, inscrit dans la lumière des étoiles, raconte plus de treize milliards d’années d’évolution cosmique.

Le « cœur pauvre et ancien » de la Voie Lactée

La fusion avec Gaia-Encelade

Les données astrométriques et spectroscopiques de la mission Gaia de l’ESA, combinées aux observations du télescope chinois LAMOST, ont permis de dater avec précision environ 250 000 étoiles sous-géantes de la Voie Lactée. Cette analyse, publiée en 2022 par Maosheng Xiang et Hans-Walter Rix, montre que la formation du disque épais galactique a débuté il y a environ 13 milliards d’années, soit seulement 0,8 milliard d’années après le Big Bang — près de 2 milliards d’années plus tôt qu’on ne le pensait auparavant. Cette phase de formation stellaire intense coïncide avec la fusion, il y a environ 10 à 11 milliards d’années, entre la Voie Lactée naissante et une galaxie naine aujourd’hui disparue, surnommée Gaia-Encelade (ou « Gaia-Sausage »).

Une population stellaire métallo-pauvre au centre galactique

En 2022, une équipe de l’Institut Max Planck d’astronomie a identifié, dans les régions centrales de la Voie Lactée, une population d’étoiles géantes exceptionnellement pauvres en métaux, surnommée le « cœur pauvre et ancien » (poor old heart) de la galaxie. Ces étoiles se seraient formées avant même que le disque galactique ne soit pleinement organisé, ce qui en fait certains des objets les plus anciens connus dans la Voie Lactée. Des relevés spectroscopiques plus récents, exploitant les données Gaia DR3, confirment qu’une fraction significative des étoiles pauvres en métaux situées sur des orbites de disque mince a plus de 13 milliards d’années, suggérant que la formation du disque a commencé plus tôt et de façon plus complexe que ne le décrivait le scénario classique en deux phases (halo puis disque).

Tableau chronologique de la formation de la Voie Lactée

De la condensation des premiers nuages de gaz à la naissance de notre Système solaire, ce tableau retrace les grandes étapes qui ont façonné la Voie lactée sur plus de 13 milliards d'années.

Étapes clés de la formation et de l’évolution de la Voie Lactée
Événement	Âge approximatif	Description
Formation du halo galactique	∼13,6 milliards d’années	Condensation des premiers nuages de gaz, formation des étoiles de population III.
Enrichissement chimique initial	13,5-13 milliards d’années	Explosion des supernovae des étoiles massives, production des premiers éléments lourds.
Début de formation du disque épais	∼13 milliards d’années	Amorce de la formation du disque galactique, seulement 0,8 milliard d’années après le Big Bang (Xiang & Rix, 2022).
Fusion avec Gaia-Encelade	∼10-11 milliards d’années	Collision et fusion avec une galaxie naine, épaississant le disque et déclenchant un sursaut de formation stellaire.
Formation des amas globulaires	12-13 milliards d’années	Regroupement d’étoiles anciennes en amas sphériques dans le halo.
Formation du disque mince	Depuis ∼8-10 milliards d’années	Apport progressif de gaz, apparition et consolidation des bras spiraux actuels.
Formation du Soleil et du système solaire	4,6 milliards d’années	Naissance du Soleil et de ses planètes dans le bras d’Orion, à partir de gaz enrichi par plusieurs générations d’étoiles.
Formation continue des bras spiraux	Depuis 4 milliards d’années	Formation d’étoiles nouvelles dans les zones de densité élevée du disque.

La matière noire présumée mise en évidence

Vue artistique de la Voie Lactée et de son bulbe central — Cette image composite montre la distribution de la matière noire invisible (en bleu), des galaxies et du gaz chaud (en orange et rose) dans le noyau de l'amas de galaxies en fusion Abell 520, formé à partir d'une violente collision d'amas de galaxies massifs. Les émissions radio (en vert) captées par le réseau de radiotélescopes VLA (Very Large Array), matérialisant les gigantesques ondes de choc et l'accélération d'électrons dues aux collisions.
Source image : NASA, ESA, CFHT, CXO, MJ Jee (Université de Californie, Davis) et A. Mahdavi (Université d'État de San Francisco) (nouvelle fenêtre)

L’avenir de la Voie Lactée

Une galaxie en mouvement

La Voie Lactée (galaxie contenant le Système solaire) n’est pas immobile dans le cosmos. Elle se déplace au sein du Groupe Local (amas galactique local comprenant la Voie Lactée, Andromède et d'autres galaxies proches), un ensemble d’une soixantaine de galaxies liées gravitationnellement. Sa voisine la plus massive, la galaxie d’Andromède (M31), se rapproche progressivement de nous à une vitesse d’environ 110 kilomètres par seconde.

Cette convergence est due à l’attraction mutuelle entre les deux grandes galaxies spirales du groupe. Les mesures précises des télescopes Hubble et Gaia ont confirmé cette trajectoire, permettant de prévoir un futur contact à l’échelle de quelques milliards d’années.

Une collision désormais incertaine

Pendant plus d’une décennie, une collision entre la Voie Lactée et Andromède, prévue vers 4 à 4,5 milliards d’années, a été présentée comme quasiment certaine, sur la base d’une étude Hubble de 2012 portant uniquement sur les deux galaxies principales. Une étude publiée en 2024 dans Nature Astronomy par une équipe dirigée par Till Sawala (université d’Helsinki) a toutefois révisé ce scénario. En intégrant aux simulations les incertitudes de mesure ainsi que l’influence gravitationnelle de deux galaxies satellites massives — le Grand Nuage de Magellan (satellite de la Voie Lactée) et M33 (satellite d’Andromède) —, l’équipe a montré que le sort du Groupe Local est beaucoup moins écrit qu’on ne le pensait.

Sur l’ensemble des scénarios simulés à partir des données les plus précises de Hubble et de Gaia, la probabilité d’une collision frontale au cours des 5 prochains milliards d’années n’est que d’environ 2 %. En élargissant la fenêtre temporelle à 10 milliards d’années, la probabilité d’une fusion atteint environ 50 % : un scénario aussi probable qu’improbable, selon les propres termes des auteurs. Lorsqu’une fusion se produit dans les simulations, elle intervient le plus souvent lors d’un deuxième passage rapproché, plutôt qu’un choc frontal, et se situerait alors plutôt dans 7 à 8 milliards d’années.

Si la fusion a lieu : la naissance d’une nouvelle galaxie

Si les deux galaxies venaient à fusionner, les étoiles elles-mêmes ne s’entrechoqueraient pas, séparées par d’immenses distances, mais leurs champs gravitationnels se perturberaient mutuellement, générant d’immenses vagues de marée qui étireraient les bras spiraux et déclencheraient une phase de formation stellaire intense (starburst). Après plusieurs passages et fusions partielles, les modèles numériques montrent que le résultat final prendrait la forme d’une vaste galaxie elliptique, surnommée Milkomeda, dont le cœur abriterait probablement un trou noir géant issu de la fusion de Sagittarius A* et du trou noir central d’Andromède. La morphologie spirale disparaîtrait alors au profit d’une distribution plus sphérique des étoiles, et la matière noire continuerait d’assurer la cohésion gravitationnelle de cette structure regroupant plusieurs centaines de milliards d’étoiles.

Le destin du Soleil, indépendant de ce scénario

Que la fusion ait lieu ou non, le sort du Soleil, lui, est scellé par sa propre évolution stellaire : dans environ 5 milliards d’années, il aura épuisé son hydrogène central et se sera transformé en naine blanche (reste stellaire dense formé après la phase de géante rouge), bien avant l’échéance la plus probable d’une éventuelle collision galactique. Le sort de son système planétaire dépendra alors de l’environnement gravitationnel dans lequel il se trouvera : intégré à une Voie Lactée relativement inchangée si la rencontre avec Andromède est évitée, ou dérivant au sein de Milkomeda si la fusion se produit. Dans ce second cas, les simulations montrent que certaines étoiles pourraient être éjectées dans l’espace intergalactique sous l’effet des interactions gravitationnelles, tandis que d’autres formeraient des couronnes externes et des queues de marée.

Un futur qui reste à écrire

L’histoire future de la Voie Lactée illustre à quel point l’évolution des galaxies, bien que gouvernée par des lois physiques précises, reste soumise à d’importantes incertitudes observationnelles à l’échelle de plusieurs milliards d’années. Loin d’être un aveu d’échec, cette révision illustre la démarche scientifique elle-même : à mesure que les données de Hubble et de Gaia s’affinent, les modèles sont recalculés et les certitudes d’hier deviennent les probabilités d’aujourd’hui. Que la Voie Lactée fusionne avec Andromède ou continue son évolution en tant que galaxie spirale isolée, aucun être humain ne sera là pour observer ce dénouement ; seules la lumière des étoiles et les traces gravitationnelles de cette histoire porteront le témoignage silencieux du destin de notre galaxie.

Références

Sawala, T. et al., « No certainty of a Milky Way–Andromeda collision », Nature Astronomy, vol. 9, 2025, p. 1206-1217. DOI : 10.1038/s41550-025-02563-1 (nouvelle fenêtre)
Xiang, M. & Rix, H.-W., « A time-resolved picture of our Milky Way's early formation history », Nature, vol. 603, 2022, p. 599-603. DOI : 10.1038/s41586-022-04496-5 (nouvelle fenêtre)
GRAVITY Collaboration, « Mass distribution in the Galactic center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits », Astronomy & Astrophysics, vol. 657, 2022, A82. DOI : 10.1051/0004-6361/202142465 (nouvelle fenêtre)
Max-Planck-Institut für Astronomie, « Astronomers identify the ancient heart of the Milky Way galaxy », décembre 2022 : mpg.de (nouvelle fenêtre)
ESA, « Hubble casts doubt on certainty of galactic collision », 2025 : esahubble.org (nouvelle fenêtre)
Prix Nobel de physique 2020 (nouvelle fenêtre) — Andrea Ghez et Reinhard Genzel
NASA ADS (nouvelle fenêtre) — base de données bibliographique

FAQ : Tout savoir sur la Voie Lactée

Où se trouve le Soleil dans la Voie Lactée et quelle est la taille de celle-ci ?

Le Soleil est situé à environ 27 000 années-lumière du centre galactique, dans un bras mineur appelé le bras d'Orion. La Voie Lactée elle-même est une galaxie spirale barrée d'environ 100 000 années-lumière de diamètre et compte entre 100 et 400 milliards d'étoiles.

Qu'est-ce que Sagittarius A* et pourquoi est-il important ?

Sagittarius A* est le trou noir supermassif situé au centre de la Voie Lactée. Sa masse est estimée à 4,3 millions de fois celle du Soleil. Il est crucial car il influence la dynamique des étoiles et du gaz au centre galactique. L'étude du mouvement des étoiles autour de lui, notamment l'étoile S2, a permis de confirmer son existence et a valu le prix Nobel de physique 2020 à Andrea Ghez et Reinhard Genzel.

Quelle est la preuve de l'existence de la matière noire dans notre galaxie ?

La preuve principale est la courbe de rotation plate de la galaxie. Les étoiles situées en périphérie tournent beaucoup plus vite que ne le prévoit la loi de la gravitation de Newton, en ne considérant que la matière visible (étoiles, gaz, poussière). Cela suggère la présence d'une grande quantité de matière noire invisible, répartie dans un halo massif qui domine la masse totale de la Voie Lactée.

La Voie Lactée va-t-elle vraiment entrer en collision avec Andromède ?

Ce n'est plus certain. Une étude publiée en 2024-2025 dans Nature Astronomy par une équipe dirigée par Till Sawala (université d'Helsinki), s'appuyant sur les données combinées des télescopes Hubble et Gaia et intégrant l'influence de galaxies satellites comme le Grand Nuage de Magellan et M33, montre que la probabilité d'une fusion avec Andromède d'ici 10 milliards d'années n'est que d'environ 50 %. Si une collision se produit malgré tout, elle aurait lieu plutôt dans 7 à 8 milliards d'années, et non 4 à 4,5 milliards d'années comme on le pensait auparavant.