Le centre de la Voie lactée se situe à 26 000 années-lumière du Système solaire dans la direction du Sagittaire. Cette région est inaccessible à l'observation dans le domaine visible à cause de l'interception de cette lumière par les poussières concentrées à proximité du plan du disque galactique. Cette région est cependant observable en radio ou en infrarouge, qui révèlent une géographie très tourmentée. Sur une distance de trois ou quatre années-lumière (l'intervalle qui sépare le Soleil de l'étoile la plus proche), quantité d'arcs, de filaments, de nodules divers, et de rémanents de supernovae (SNR) sont identifiables. Ils se répartissent eux aussi le long de plan galactique. Le centre de masse proprement dit de la Galaxie se trouve au centre de la zone brillante Sgr A, et a été baptisé Sgr A*. Les déplacements du gaz et des étoiles qui l'environnement ont permis d'y déduire la présence d'une masse concentrée dans un espace inférieur aux dimensions du Système solaire. Depuis 2004, grâce aux études menées à l'aide du réseau de radiotélescoipes VLBI, les dimensions de l'objet se sont trouvées réduites à un espace inférieur à celui circonscrit par l'orbite de Mercure. Le candidat le plus communément cité est un trou noir géant de 4 millions de masses solaires. 

D'autres objets énigmatiques existent dans le secteur... 
Des observations à l'aide de ballons-sondes au milieu des années 1970 avait révélé l'existence d'un rayonnement gamma diffus de basse énergie en provenance des régions centrales de la Voie lactée. Jusqu'à présent, ce rayonnement, apparemment issu d'une sorte de brouillard, et dont l'origine exacte était mal comprise, semblait pouvoir s'expliquer par une émission des atomes dilués dans le milieu interstellaire. 

Mais les nouvelles études, menées pendant l'automne 2003 par François Lebrun (CEA Saclay) et son équipe à l'aide du satellite gamma Integral, montrer que le rayonnement en question provient plutôt d'un essaim sources discrètes. 91 ont été répertoriées, la moitié environ (responsables des neuf dixièmes de l'énergie impliquée) ont des caractéristiques inconnues. Selon certaines hypothèses, il s'agirait de systèmes binaires immergés dans un épais cocon de gaz et de poussières et dans lesquels l'une des composantes serait un trou noir ou une étoile à neutrons; selon d'autres, on aurait affaire à des rémanents de supernovae dont le rayonnement serait activé par des pulsars proches.

Gros plan sur Sgr A et l'arc voisin.  (Credit: NRAO/VLA; F.Zadeh et al.)

L'Amas des Arches, situé à quelques dizaines d'années-lumière du centre de la Voie lactée (et à 26 000 années-lumière de nous), est un amas ouvert très compact. Pas moins de 300 000 étoiles y seraient concentrées dans un volume de moins de 4 années-lumière de diamètre. Il contient au moins 150 étoiles parmi les plus brillantes de la Galaxie.
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Amas des Arches.
Source : STScI, Crédit : Don Figer (Space Telescope Science Institute) and NASA
Image infrarouge avec l'instrument NICMOS du HST, septembre 1997

L'Amas du Quintuplet se situe à moins de cent années-lumière du centre galactique. Un peu plus dispersé que son voisin l'Amas des Arches, il doit être vieux d'environ quatre millions d'années. On y trouve l'étoile l'une des étoiles les plus brillantes de la Galaxie (peut-être s'agit-il en réalité d'un groupe très compactes d'étoiles massives) : l'étoile du Pistolet.
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Amas du Quintuplet.
Source : STScI, Crédit : Don Figer (Space Telescope Science Institute) and NASA
Image infrarouge avec l'instrument NICMOS du HST, septembre 1997.

En bibliothèque - Sylvie Rouat, Silence dans le Sagittaire, éd. Jacques Bertoin,1993 (l'aventure de l'astronomie gamma aux prises avec les secrets du centre galactique).