La Galaxie

Notre Galaxie, "la" Galaxie avec un "G" majuscule, est notre galaxie, un ensemble d'étoiles réunies en une spirale gigantesque en rotation, semblable à celles qui ont été popularisées par les images célèbres, par exemple, de la galaxie d'Andromède. Depuis notre emplacement dans la Galaxie, à 26000 années-lumière du centre et sur un bras spirale secondaire, le bras d'Orion on a progressivement construit une image de celle-ci: dans les années 1950 on a d'abord établi un portrait à grands traits -un renflement central entouré de bras stellaires sinueux et un fin halo sphérique; puis dans les années 1970 et 1980, on a pu comprendre comment, sur des milliards d'années, cette structure s'était construite (un vaste nuage de matière noire, de gaz et de poussière s'effondrant en un disque, laquelle s'est ensuite aggrandie en intégrant de plus petites galaxies satellites). La Galaxie a absorbé une galaxie de plus petite taille entre il y a 13,2 et 11,6 milliards d'annéesUne période de plus grande formation d'étoiles a vraisemblablement eu lieu dans la Galaxie il y a 7 milliards d'années. 80% des étoiles de la région centrale de la Galaxie se sont formés entre il y a 8 et 13,5 milliards d'années -au début de la Galaxie- l'épisode a été suivi d'une pause de 6 milliards d'années. Puis, il y a 1 milliards d'années, dans un laps de temps de moins de 100 millions d'années, des étoiles d'une masse globale de quelques dizaines de millions de Soleil se sont formées dans la région centrale. Ce qui enclencha plus d'une centaine de milliers de supernova. Cette chronologie, par ailleurs, correspond aux épisodes de cannibalisme galactique qu'on connaît à la galaxie d'Andromède. L'explosion de formation dans la Galaxie, elle, est très vraisemblablement due par un flux de gaz provenant la galaxie naine du Sagittaire laquelle était alors très proche. Enfin, on a ajouté des détails au modèle et, dans le halo stellaire, on a retrouvé, sous forme de courant d'étoiles, les restes de galaxies de petite taille. La Galaxie se présente comme un disque plat, d'un diamètre de 100 000 années-lumière, avec un renflement central auquel prennent de grands bras spiraux. La Galaxie a un poids de 1,5 trillions de masses solaires et c'est le trou noir supermassif qui participe le plus, à 4 millions ou la matière noire. Avec cette masse, la Galaxie fait partie des galaxies de masse importante. Parce que notre Soleil se trouve dans la Galaxie, cependant, il nous est impossible de voir la Galaxie de l'extérieur; nous ne pouvons la voir que de l'intérieur, sous la forme de la Voie Lactée qui orne le ciel des nuits. La Voie Lactée, ainsi, n'est que la Galaxie vue par la tranche. Notre Soleil n'est que l'une des centaines de milliards d'étoiles qui forment la Galaxie. Il se trouve à 28000 années-lumière du centre de celle-ci; il orbite en 250 millions d'années et il se trouve à 20 années-lumière au-dessus du plan de la Galaxie. Une zone sombre importante de la Voie Lactée s'étend de la constellation du Cygne au Sagittaire, qu'on appelle, en anglais le "Great Rift" ou, quelquefois le "Dark Rift" (littéralement "grande fissure" ou "fissure sombre"). Le disque de la Galaxie est rempli d'un mélange diffus de gaz et de poussières -le "milieu interstellaire"- qui emplit les espaces qui se trouvent entre les étoiles; le milieu interstellaire peut aussi devenir plus dense et devenir le lieu de naissance de nouvelles étoiles. La poussière, ainsi, est un composant mineur mais fondamental du milieu interstellaire de la Galaxie. La Galaxie possède deux galaxies-satellites bien connus, le Grand et le Petit Nuage de Magellan, qui orbitent autour d'elle. Le Petit Nuage de Magellan présente une barre centrale

cliquez vers une carte de la Galaxie (légende en anglais; ly: light-year, année-lumière, arm: bras). NASA

La Galaxie est née il y a 10 milliards d'années dans un environnement où les fusions de galaxies ou de trous noirs jouent un rôle important. Comme la plupart des structures de grande échelle de l'Univers, la Galaxie a vraisemblablementbeaucoup dû à la matière noire lors de sa formation. La matière noire existait dans tout l'Univers des débuts et elle s'est agrégée en objets de différentes tailles. Certains de ces amassement sont devenus sphériques. Celui qui allait donner naissance à la Galaxie avait 1 million d'années-lumière de diamètre et une masse 10¹² celle du Soleil. Ces zones de matière noire contenaient aussi une brume d'hydrogène et d'hélium et, de cela, elles en refroidirent et se transformèrent en les premières étoiles. Celles-ci s'agrégèrent en les premiers objets galactiques et ceux-ci devinrent des galaxies via des fusions, des évaporations, des refroidissements, réchauffements et explosions. De halos de matière noire plus petits, eux, formèrent des galaxies naines, ces agrégations d'étoiles et de gaz de petite taille et irrégulières. Il est possible que certains amas de matière noire n'aient jamais produit aucune galaxie naine ou que leurs étoiles, explosant en supernovas, les aient détruites. C'est cette histoire qui explique les aspects actuels de la Galaxie. De plus, la Galaxie a vraisemblablement commencé comme un objet faible, bleu, de faible masse, contenant de grandes quantités de gaz, sans disque plat ni renflement central (ces deux derniers éléments s'étant développés simultanément par la suite et ont donné l'aspect spiral actuel). La Galaxie a fabriqué 90% de ses étoiles entre il y a 11 et 7 milliards d'années et le taux de formation est passé de 15 à 1 étoile par an. Par comparaison, les galaxies elliptiques massives commencent par former leur renflement central. Le trou noir de la Galaxie a apporté de grandes quantités d'énergie à celle-ci dans le passé via ce qu'on appelle des "bulles de Fermi"

Pour décrire la Galaxie, il faut la considérer à la fois sous son aspect usuel de galaxie spirale que sous celui de composants qui se trouvent, pour l'essentiel, hors de cette structure. Commençons par ces derniers:

• d'abord, la Galaxie se trouve dans un vaste halo sphérique de matière noire (un tel halo peut représenter jusqu'à 80% de la masse d'une galaxie); le halo de matière noire inclus, la Galaxie a un diamètre de plus 1,9 million d'années-lumière. De petites agrégations de matière noire dit "halos" soit liés à des galaxies naines; on pense qu'ils devraient exister par milliers, en relation avec la Galaxie mais on en a trouvé moins que prévu. La matière noire joue également un rôle en cimentant chacune de ces galaxies satellites. Il se pourrait, depuis il y a 10 milliards années, qu'il ait fallu des milliards d'années pour que la matière noire galactique se condense à partir des halos qu'elle formait alors; son effet dominant, de nos jours, ne se voit que dans la vitesse de rotation des disques des galaxies. Le halo de matière noire s'est divisé en structures de plus petites tailles du fait de la gravité et des milliers de ces structures pourraient être en orbite autour de la Galaxie; occasionnellement, ces structures sont "avalées" par la masse de matière noire qui se trouve au centre galactique dans un processus semblable à celui par lequel la Galaxie ingère de plus petites galaxies
• un halo diffus d'étoiles, ensuite, s'étend, peut-être sur un rayon de 326 000 années-lumière dans toutes les directions; il forme une sphère irrégulière dont la masse totale est de 10⁹ celle du Soleil. Vraisemblablement, ce halo n'est rien d'autre que le reste de toutes les galaxies naines qui ont été détruites par la gravité au long de l'histoire de la Galaxie. Ce halo stellaire se divise en un halo extérieur et un halo intérieur. Les étoiles du halo extérieur sont très anciennes, datant des premières générations d'étoiles de l'Univers et leur halo tourne dans une direction opposée à celle de la Galaxie. Les étoiles du halo intérieur sont à peine plus jeunes, âgées de 11,4 milliards d'années et leur halo tourne dans le même sens que la Galaxie. La Galaxie a connu une fusion, il y a environ 10 milliards d'années, avec un objet d'une taille légèrement plus massive que le Petit Nuage de Magellan; la conséquence en a été que le halo intérieur de la Galaxie est dominé par des débris de cette rencontre et qu'un échauffement dynamique du précurseur du disque a eu lieu, contribuant à la formation de ce dernier. Le disque galactique se divise entre un disque intérieur fin (gaz, poussière et étoiles jeunes) lequel se trouve enchâssé dans un disque externe épais (essentiellement des étoiles anciennes); le disque extérieur trouve vraisemblablement son origine dans l'énergie ayant résulté d'une collision qui augmenta un disque fin originel. Il est probable que le halo extérieur se soit formé de galaxies naines détruites et que le halo intérieur soit les restes de la formation par processus agrégatif de la Galaxie. Les étoiles de la Galaxie se déplacent à des vitesses de centaines de kilomètres par second. Les étoiles les plus rapides, dites, en anglais "hypervelocity stars" ("étoiles à haute vélocité") et on pense qu'elles sont nées près du centre de la Galaxie et en ont été éjectées en direction des bords de celle-ci par le trou noir supermassif. On a observé qu'un vingtaine d'étoiles pourrait avoir une vitesse suffisante pour quitter la Galaxie; mais la plupart des étoiles à haute vélocité observées se déplacent en fait en direction de notre Galaxie et leur origine est encore mal connue: elles pourraient provenir d'autres galaxies -d'où elles auraient été éjectées aussi par le trou noir galactique, du Grand Nuage de Magellan, de systèmes binaires alors qu'une autre explication est qu'elles viendraient du halo galactique et qu'elles auraient été accélérées et envoyées vers la Galaxie du fait d'interactions avec les galaxies naines qui s'agrègent à celle-ci. Des centaines voire des milliers d'étoiles à haute vélocité pourraient exister au voisinage de notre Galaxie
• un énorme halo de gaz très chaud, d'un diamètre de 600 000 années-lumière a été récemment découvert. Il semble être composé de gaz chaud (d'une température entre 100 000 et 1 million de degrés K), avec un composant plus chaud (d'une température supérieure à 1 million de degrés K). La masse du halo composé de gaz le plus chaud est beaucoup plus grand que celui du gaz chaud. On a observé qu'un immense halo enveloppe la galaxie d'Andromède et qu'il s'étend jusqu'à 1 million d'années-lumière de la galaxie (soit jusqu'à la moitié de la distance à notre galaxie); on estime que le halo contient une masse la moitié de celle des étoiles de la galaxie d'Andromède et prend la forme d'un gaz diffus et chaud. On pense que ces halos se forment en même temps que les autres parties des galaxies et sont enrichis en éléments lourds, ce qui pourrait être dû à des explosions supernova. Dans la Galaxie, le halo n'est pas statique: il tourne dans le même sens que le disque et à une vitesse similaire (640000km/h pour le halo et 870000km/ pour le disque); le halo n'est visible que dans les rayons X et il englobe aussi les deux Nuages de Magellan. Pour ce qui est de ceux-ci, ils orbitent l'un autour de l'autour et le Grand Nuage a attiré un énorme nuage de gaz du Petit Nuage -nommé, en anglais, le "Leading Arm" (littéralement "bras meneur")- âgé de 1 à 2 milliards d'années, lequel est lui-même disloqué par notre Galaxie à laquelle il est relié. Le "Magellanic Stream" ("courant magellanique"), lui, est l'équivalent mais, "bras suiveur", il suit les deux nuages de Magellan. Une explosion survenue dans la région du trou noir supermassif de notre Galaxie a envoyé un faisceau d'énergie et de radiation dans la Galaxie et au-delà, jusqu'au courant magellanique, à 200 000 années-lumière. Il s'agissait d'un flare Seyfert; il a créé deux gigantesques cônes de ionisation et il s'est produit il y a 3 millions d'années -ce qui n'est pas très ancien en terme d'histoire de la Terre- et a duré 300 000 ans (le courant magellanique est un vast pont de matière vraisemblablement dû aux marées gravitationnelles s'exerçant entre les deux Nuages de Magelland et/ou la Galaxie). Les galaxies, d'une façon générale, sont également entourée de nuages de poussière et de gaz de grande taille -mais cependant quasi invisibles- qu'on appelle, en anglais le "circumgalactic medium" ("milieu circumgalactique", CGM). Le CGM agit comme un gigantesque système de recyclage: il absorbe la matière que rejette une galaxie puis renvoie le matériau
• des restes des fusions originelles existent sous la forme de courants d'étoiles qui forment de longues boucles autour de la Galaxie. Ces zones, de plus, continuent d'être alimentées par des galaxies naines qui continuent, elles, de se désintégrer sous l'effet des formes gravitationnelles. Autour de la banlieue de la Galaxie, d'une façon générale, se trouvent aussi des centaines d'énormes nuages de gaz (on parle, en anglais, de "high velocity clouds", "nuages à haute vélocité) qui se déplacent à grande vitesse; ils ont vraisemblablement été expulsés vers l'extérieur par des groupes d'explosions supernova. L'un deux, le nuage de Smith -découvert aux Pays-Bas en 1963- finira, d'ici 30 millions d'années par s'écraser dans la région du bras de Persée, y déclenchant une formation d'étoiles; il se déplace à la vitesse de 1 126 300 km/h. L'étude, en 2018, du mouvement de 6 millions d'étoiles dans le disque galactique a montré que la Galaxie a été vraisemblablement perturbée il y a entre 300 et 900 millions d'années, amenant une perturbation en onde de ces étoiles. La perturbation a été causée par un passage rapproché de la galaxie naine du Sagittaire (laquelle, de nos jours, est cannibalisée par la Galaxie)
• le rythme auquel la Galaxie a formée, pendant 10 milliards d'années, des étoiles nécessite qu'ait existé -et existe- un réservoir de gaz supérieur à la quantité qui est disponible dans les bras spiraux. On pense qu'un tel réervoir se trouve, sous la forme d'un halo d'hydrogène ionisé qui s'étend jusqu'aux alentours de 1,5 millions d'années-lumière du centre galactique. Ce réservoir est probablement continuellement régénéré par une processus impliquant des "cheminées" ou "fontaines" galactiques, qui sont liées à des évènements supernova. Les vents stellaires que génèrent les explosions soufflent du gaz hors du plan galactique dans le halo. Comme de la rosée le matin, le gaz finit par se redéposer sur le plan du disque (selon un processus encore mal connu). Des parts de la radiation émise dans l'intérieur de la Galaxie sont capturés par les champs magnétiques de celle-ci
• enfin, deux bulles, de chaque côté du renflement central de la Galaxie, perpendiculaire au disque, contenant de faibles jets de rayons-gamma de petite taille, existent aussi, chacun d'une taille de 24200 années-lumière. Ces deux bulles se sont formées tôt, lorsque le trou noir supermassif de la Galaxie était beaucoup plus actif qu'aujourd'hui, il n'y a sans doute que quelques millions d'années. La matière, qui tombe sur le trou noir envoyait des jets d'énergie et créaient des ondes de choc dans le gaz environnant. Il est possible aussi qu'aient participé les périodes d'activité du trou noir actuel, qui ont eu lieu plusieurs fois au cours des dernières dizaines de milliers d'années. Ces structures, dans le ciel, s'étendent de la constellation de la Vierge à celle de la Grue. Les astronomes s'efforcent encore d'expliquer comment ces bulles se sont formées; l'explication la plus plausible est qu'elles sont le résultat d'un dégagement d'énergie important et relativement rapide (dont la source demeure mystérieuse). Il pourrait s'agir d'un ancien jet de particules émis par le trou noir supermassif ou le résultat de flux de gaz provenant d'un pic de formation d'étoiles (peut-être celui qui a produit de nombreux amas d'étoiles massifs, il y a plusieurs millions d'années, au centre de la Galaxie. Dans les rayons-X, il existe des preuves subtiles d'autres bulles près du centre galactique ou orientées dans le plan. Ces bulles géantes, dites "bulles de Fermi", découvertes en 2010, laissent penser qu'un évènement violent au coeur de la Galaxie a propulsé du gaz énergisé dans l'espace à des vitesses de l'ordre de 3 millions de km/h (2 millions de miles/h). En 2017, on a expliqué l'origine de ces énormes bulles de gaz qui pèsent l'équivalent de millions de Soleil: elles sont le résultat du dernier repas du trou noir galactique, qui, il y a 6 à 9 millions d'années, a consisté en un grand morceau de gaz. Les vents galactiques sont communs dans les galaxies qui forment des étoiles à un taux important et il semble qu'il y ait un lien entre le taux de formation et la survenance de tels flux; dans la Galaxie, on sait qu'il y a une forte concentration de formation d'étoiles à proximité du coeur de celle-ci (même si elle ne produit que quelques étoiles, d'une façon générale). De telles bulles galactiques, d'une façon générale, pourraient être la source de rayons cosmiques, les régions extérieures des bulles générant, lors de leur expansion, des ondes de choc qui entrent en collision avec le gaz environnant. Par la suite, on a découvert deux canaux de matériau chaud et émettant des rayons X qui émanent de Sagittarius A*, le trou noir supermassif de la Galaxie; ils font le lien entre l'environnement immédiat du trou noir et les bulles. On pense qu'ils servent à évacuer de l'énergie et de la masse depuis le trou noir supermassif jusqu'à la base des bulles et qu'ils renouvellent leur matériau

Plus près de là où le centre du halo primordial de matière noire se trouvait, là où le gaz et les galaxies naines ont spiralé pour se fondre en une masse de gaz et d'étoiles en perpétuel accroissement et acquérirent une vitesse de rotation qui mena à aplatir la proto-Galaxie en un disque, on trouve la Galaxie comme on la connaît surtout:

• le centre de la Galaxie contient, comme cela est devenu bien connu pour la plupart des galaxies, un trou noir galactique supermassif. De tels trous noirs proviennent vraisemblablement de la fusion des trous noirs qui se trouvaient au centre de certaines des galaxies naines, ou de certaines galaxies primitives plus évoluées qui ont fusionné pour former la Galaxie. Des milliers de trous noirs stellaires, dûs à des explosions supernova d'étoiles massives, sont également venus d'agréger au processus. Le trou noir supermassif, au début de la formation de la Galaxie, a également joué un rôle interactif avec les autres structures et processus de la formation galactique. Le trou noir supermassif, de nos jours, qu'on appelle "Sagittarius A*" (en abrégé "Sgr A*"), est grand comme l'orbite de Mercure et, avec son poids de 4 milliards de masses solaires, joue vraisemblablement un rôle, en termes de forces gravitationnelles, d'ancrage pour la structure de la Galaxie. Il est relativement calme. Les observations, en 2015, de ce qu'on appelle "G2", un nuage de gaz et de poussière, confirment que ce dernier est passé au plus près du trou noir galactique en mai 2014 et a survécu à ce passage; le trou noir même n'a fait preuve d'aucune augmentation d'activité. La plupart des rayons cosmiques les plus énergétiques qui peuplent la région la plus intérieure de notre Galaxie, et surtout les plus énergiques, sont produits dans des régions actives au-delà du centre galactique puis sont ralentis par des interactions avec les nuages de gaz. La part à la plus haute énergie de ces particules -celles qui atteignent 1 000 TeV- se déplacent à travers la région moins efficacement qu'ils le font ailleurs dans la Galaxie, ce qui laisse penser à une sorte de "piège" au centre de celle-ci
• ces régions centrales de la Galaxie possèdent, de façon significative, plus de gaz dense et de poussière pour former des étoiles que les autres régions de la Galaxie. Malgré le faible taux de formation dans les zones alentour, les étoiles les plus massives de toute la Galaxie ont réussi à se former de façon aussi proche les unes des autres et dans une région de relativement petite taille
• ce qu'on appelle le "renflement central" de la Galaxie est un ensemble d'étoiles anciennes, organisées en une sphère. Elles datent, en toute vraisemblance, des origines de la Galaxie, soit d'il y a 10 milliards d'années. Le renflement central de la Galaxie est un environnement dynamique d'étoiles d'âges différents et qui se déplacent à différentes vitesses. En 2012, les astronomes ont pu catalogué 84 millions d'étoiles dans le renflement central de la Galaxie. Cela s'est fait via une image de 9 gigapixels qui a été combinée à partir de vues dans l'infrarouge prises par le "Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy" ou "VISTA", un instrument de l'observatoire ESO du Paranal. Imprimée, l'image -qui est zoomable- mesurerait 9 par 7m (30 par 23 pieds). L'étude a montré que le lieu comporte un grand nombre de naines rouges. La découverte d'étoiles RR Lyrae au centre de la Galaxie -ces étoiles se trouvent habituellement dans des amas globulaires denses de plus de 10 milliards d'étoiles- suggère que le centre de notre galaxie s'est probablement formé par la fusion d'amas d'étoiles primordiaux. En 2013, les astronomes de l'ESO ont établi la meilleure carte 3D jamais réalisée de la zone centrale de la Galaxie: celle-ci a une forme de lettre grecque a ou de X. Une population d'anciennes naines blanches est les restes des étoiles qui peuplaient le renflement central il y a 12 milliards d'années, ce qui supporte l'idée que le renflement s'est formé le premier et que ses étoiles se sont formées très rapidement (en moins de 2 milliards d'années); le reste des étoiles, celle des secondes et troisième génération qu'on trouve dans les bras spiraux ont grandi plus lentement dans la "banlieue" galactique, autour du renflement central. Le renflement contient près d'un quart de la masse stellaire de la Galaxie. On y trouve, généralement, légèrement plus d'étoiles de faible masse par rapport à la population du disque, ce qui permet de penser que l'environnement dans le renflement aurait été différent de celui des bras, ce qui amené à des mécanismes de formation d'étoiles différents; les étoiles du renflement central se déplacent aussi à des vitesses différentes des autres étoiles de la Galaxie (ce qui permet leur identification). Le renflement central de la Galaxie est un énorme nuage de 10 milliards d'étoiles et de milliers d'années-lumière de diamètre; sa structure et ses origines sont mal connues du fait que le centre de la Galaxie est, depuis la Terre, obscurci par de denses nuages de gaz et de poussière (une région du Sagittaire est cependant inhabituellement libre de poussière et offre une vue unique pour pénétrer le renflement central). Vu du dessus, le centre galactique a une forme de barre, ce qui est caractéristique d'une galaxie spirale barrée, laquelle a commencé sous la forme d'un simple disque d'étoiles; la barre, elle, s'est formée il y a des milliards d'années et sa partie interne a pris cette forme de X. Il semble que les étoiles du renflement circulent au long de la forme en X de celui-ci et leurs orbites les mènent au-dessus et en-dessous du plan galactique. De telle forme en X ont aussi été observées, pour les mêmes raisons, dans d'autres galaxies
• la Galaxie est aussi ce qu'on appelle une "spirale barrée": une barre linéaire d'étoiles, d'une longueur d'entre 6500 et 13000 années-lumière, coupe le renflement central et les bras spiraux s'y ancrent. Les galaxies spirales, d'une manière générale, sont fréquemment des spirales barrées et elles représentent actuellement deux-tiers de toutes les galaxies spirales. La structure en barre pourrait être une phase habituelle de la formation des spirales et pourrait indiquer qu'une galaxie a atteint sa pleine maturité. On pense aussi que ces barres, dès le début de la formation d'une galaxie, agissent comme un mécanisme qui apporte du gaz depuis les bras spiraux jusqu'au centre, ce qui accroît la formation d'étoiles. Lorsque le disque de gaz et d'étoiles dans une galaxie spirale est suffisamment massif, il peut se former une barre d'étoiles (on a alors une spirale barrée): des étoiles orbitent dans une sorte de "boîte" autour du centre de la galaxie. Avec le temps, cette barre d'étoiles peut devenir instable et se voiler en son centre. Le renflement qui en résulte contient alors des étoiles qui orbitent autour du centre galactique, perpendiculairement au plan de la galaxie. Dans notre Galaxie, dans cette structure, on a découvert une structure géante en forme de X (dont le centre se trouve au centre de la Galaxie). On a aussi là la preuve que notre Galaxie n'a pas connu d'évènements importants de fusion de galaxies depuis la formation de ce renflement sinon ce dernier aurait été déstabilisé
• pour ce qui est des bras spiraux de la Galaxie, les interactions gravitationnelles au sein du disque galactique ont fait que les orbites des étoiles et des nuages de gaz se sont tassées et ont formé des "embouteillages". S'en sont résultées des ondes de densité (en anglais "density waves") qui ont formé les bras spiraux. Dans certaines galaxies spirales, les bras pourraient résulter d'ondes de choc dans les régions de gaz interstellaire. Les bras spiraux sont le lieu où les étoiles continuent de se former et ils sont aussi le lieu d'interactions complexes, lesquelles font que du gaz est disponible pour cette formation. Les étoiles de la Galaxie sont un mélange d'étoiles anciennes, nouvelles ou renouvelées: une fois nées, elles peuvent se répandre en courants. Les filaments qu'on observe dans la Galaxies -certains plus grands que 100 années-lumière et d'une largeur de 10- sont semblabes aux structures qu'on trouvent dans les régions de formation d'étoiles. La matière est échangée en cycle entre les étoiles et le gaz interstellaire ionisé. La lumière ultraviolette des étoiles nouvellement nées ou les évènements spectaculaires liés à la mort des corps stellaires (supernovas, nébuleuse planétaires) refont les réserves de gaz de la Galaxie; une partie du gaz interstellaire se transforme aussi en nuages moléculaires plus denses, qui sont les lieux où a lieu la formation des étoiles. De récentes études menées par le télescope spatial dans l'infrarouge Spitzer, de la NASA permettent de penser que la Galaxie est une galaxie qui possède une barre et deux bras principaux, le bras de l'Ecu-Centaure et le bras de Persée, qui y prennent. Ces bras contiennent à la fois des étoiles jeunes et brillantes et des étoiles plus âgées, des géantes rouges. On trouve également trois bras moins importants, le bras du Sagittaire, celui de la Règle et le bras Extérieur (en anglais "Outer arm"), qui sont remplis de gaz et de poches d'étoiles jeunes. Les bras de l'Ecu-Centaure et de Persée semblent plus importants et contiennent beaucoup d'étoiles alors que le bras du Sagittaire et le bras Extérieur, qui ont autant de gaz que les deux précédents, ne possèdent pas autant d'étoiles. Les bras de la Galaxie sont ainsi de longs ensemble de gaz et d'étoiles qui prennent au centre de la spirale et ce sont des vagues de gaz et d'étoiles qui s'embouteillent, ces ondes parcourant le disque galactique; ils déclenchent alors des poussées de naissance d'étoiles et donc ces régions sont peuplées d'amas d'étoiles. Le monoxyde de carbone se concentre dans le plan de la Galaxie dans les nuages les plus denses de gaz et de poussière où se forment les nouvelles étoiles. Les étoiles massives, quoique relativement rares, ont des effets profonds sur les galaxies dans lesquelles elles se trouvent. Les étoiles géantes sont si lumineuses qu'elles émettent de puissants vents de matériau. Les bras spiraux et la barre peuvent engendrer une migration radiale des étoiles et peuvent les retenir ou les dissiper de par rapport à des résonances orbitales. La galaxie naine Antlia 2, qui est dominée par de la matière noire, est entrée en collision avec la Galaxie il y a plusieurs centaines de millions d'années et la collision pourrait avoir produit les ondes importantes qu'on observe dans le disque de gaz extérieur de celle-ci. Des couples de force générés par la rotation du vaste disque intérieur de la Galaxie pourraient donner à celle-ci une forme courbée aux extrêmités; des galaxies naines par leurs orbites ou parce qu'elles chutent en direction de la Galaxie, pourraient aussi en être le facteur. La distortion de la Galaxie est plus important que prévu, ce qui pourrait laisser penser que celle-ci est en train de vivre une collision avec une galaxie naine. La distortion (en anglais, "warp") connaît aussi une précession et accomplit une rotation autour du centre galactique en 600 à 700 millions d'années. La nature des bras spiraux est encore débattue: ils pourraient être soit stables soit dynamiques; il pourraient se déplacer, se reformer sur quelques centaines de millions d'années. Les étoiles qui naissent dans un même nuage au sein de la Galaxie peuvent rester proches l'une de l'autre aussi longtemps que quelques milliards d'années dans des groupes en forme de chapelets et qui durent longtemps; les chaînes les plus jeunes (moins de 100 millions d'années) tendent à se trouver à angle droit des bras spiraux. On pensent que les étoiles anciennes, d'une façon générale, orbitent la Galaxie plus vite que les étoiles jeunes

Enfin, signalons aussi que la Galaxie, comme toutes les autres galaxies, possède un champ magnétique global, l'équivalent pour la Galaxie de ce que sont la magnétosphère à la Terre et l'héliosphère au Soleil. Des interactions ont lieu entre la poussière interstellaire de la Galaxie et la structure du champ magnétique de celle-ci: les nuages de gaz interstellaire et de poussière sont également entremêlés à lui et pourraient jouer un rôle dans la construction de la structure galactique. Le champ magnétique galactique est plus ordonné le long du plan de la Galaxie (il y suit la structure spirale) alors que des "nuages" de petite taille existent au-dessus et en-dessous du plan, là où la structure du champ devient moins régulière. Les vents galactiques qui proviennent du centre des galaxies sont alignées par le champ magnétique et ils transportent de très grandes masses de gaz et de poussière -50 à 60 masses solaires- dans l'espace extragalactique; ces vents peuvent même tirer le champ magnétique dans l'espace proche de la galaxie. Les modèles numériques alignées sur la théorie cosmologique privilégiée actuelle -dite le Lambda Cold Dark Matter model (en anglais, le "modèle de la matière noire froide lambda")- amènent à ce qu'il y aurait beaucoup plus de galaxies naines satellites autour des grandes galaxies. Ce désaccord entre observation et théorie s'appelle, en anglais, le "Dwarf Galaxy Problem" ("problème des galaxies naines")

Pour ce qui est du futur de la Galaxie, les études les plus récentes montrent qu'elle finira, dans 5 milliards d'années, par entrer dans une gigantestque collision avec la grande galaxie M31 (la galaxie d'Andromède); les deux galaxies finiront par fusionner pour donner une grande galaxie spirale