Le complexe de Cassiopée constitue une grande partie du ciel, riche en nuages moléculaires géants et en associations d’étoiles bleues très brillantes. Le nom vient de la constellation de Cassiopée, là où il se trouve, vu de la Terre. Les structures galactiques observables dans ce secteur céleste ne forment pas un seul complexe, mais sont en réalité plusieurs complexes séparés de quelques milliers d'années-lumière et apparaissent sur notre ligne de vue successivement les uns après les autres.
La région la plus proche de la Terre est située sur le bord extérieur du bras d'Orion, le bras spiral secondaire sur lequel se trouve également le système solaire : elle est principalement composée de grandes concentrations de nébuleuses obscures jointes au complexe de Céphée, situé dans une position très septentrionale par rapport au plan galactique et observé pour la première fois par Edwin Hubble.
Les zones les plus visibles, et les plus grandes, se trouvent dans le bras de Persée, le bras immédiatement extérieur au nôtre, à une distance de plus de . Contrairement à la précédente, cette région ne nous apparaît pas obscure, puisqu'elle se situe presque exactement sur le plan galactique, là où la ligne de visée apparaît la plus claire dans cette direction. Nous trouvons ici quelques associations OB étendues particulièrement brillantes, dont certaines sont associées à des amas ouverts bien connus, tels que M103 et NGC 457, ainsi qu'à de grands complexes nébuleux, visibles notamment du côté est de la constellation et connectés au célèbre double amas de Persée.
Observation Les régions de formation d'étoiles de Cassiopée sont situées vers la partie la plus septentrionale de la Voie lactée, très profondément dans l'hémisphère nord. Cependant, malgré leur grande taille, même leurs structures les plus brillantes ne sont pas visibles à l'œil nu ou à l'aide de petits instruments : dans cette section, en effet, les étoiles brillantes sont rares et les champs d'étoiles de fond sont moins riches que dans d'autres zones du plan galactique. Même la traînée lumineuse de la Voie lactée apparaît très irrégulière et traversée de larges bandes sombres, en raison de la présence de larges bancs de poussière sombre qui masquent la lumière derrière elle.vignette|Projection du chemin de précession du pôle Nord sur le ciel fixe de l'époque J2000.0 pour l'intervalle de temps à partir de 48 000 av. J.-C. jusqu'à 52 000 ap. J.-C.. L'étoile brillante en bas est Véga.|gaucheSituée à une déclinaison très septentrionale, autour de , la constellation de Cassiopée (et avec elle ses régions nébuleuses) apparaît circumpolaire depuis une grande partie de l'hémisphère nord. Cassiopée est l'une des figures les plus classiques des soirées d'automne nordiques, lorsqu'elle apparaît à son zénith au Canada, en Europe du Nord et en Russie. Depuis l'hémisphère sud, en revanche, la vision est pénalisée et pour la plupart de ses régions, elle reste toujours en dessous de l'horizon, sans jamais se montrerUne déclinaison de 60°N équivaut à une distance angulaire du pôle céleste sud de 30°. Ce qui revient à dire qu'au nord de 30°N l'objet apparaît circumpolaire, tandis qu'au sud de 30°S l'objet ne s'élève jamais..
Les régions de formation d’étoiles les plus proches de nous dans Cassiopée sont situées à quelques degrés au nord de l’équateur galactique. Aucun de leurs objets ne peut être identifié sans l'aide d'un télescope : en fait, ce sont pour la plupart des nébuleuses obscures, dans lesquelles, de temps à autre, se détache une nébuleuse par réflexion, brillant grâce au reflet d'une ou plusieurs étoiles proches. Les associations de jeunes étoiles sont également obscurcies, au point que la partie du ciel dans laquelle elles auraient dû être visibles apparaît comme s'il s'agissait d'une région éloignée de la traînée brillante de la Voie Lactée. À l'inverse, toutes les régions stellaires du bras de Persée, distant de plus de , sont parfaitement observables même avec des jumelles ou un télescope amateur, grâce à leur position sur l'équateur galactique, beaucoup moins obscurci : ainsi, la plupart des amas ouverts visibles dans Cassiopée, comme les célèbres M103, NGC 457 et NGC 663, sont situés dans ce bras spiral, ainsi que certaines des nébuleuses les plus connues du ciel boréal, la nébuleuse du Cœur et la nébuleuse de l'Âme, reliées à une vaste région de formation d'étoiles.
Précession des équinoxes En raison de la précession des équinoxes, les coordonnées célestes des étoiles et des constellations peuvent varier considérablement, en fonction de leur distance par rapport aux pôles nord et sud de l'écliptique.
Dans cette phase précessionnelle, le complexe de Cassiopée tend à adopter des déclinaisons de plus en plus septentrionalesPour le déterminer, il suffit d’analyser les deux coordonnées fournies par SIMBAD pour les équinoxes de printemps de 1950 et 2000, pour tout objet appartenant à cette constellation.. Lorsque, dans environ , le complexe sera à 6 heures d'ascension droite, il atteindra son point le plus septentrional : à cette occasion, il sera, comme on peut le voir sur l'image ci-contre, à quelques degrés du pôle céleste nord, puisque ce dernier sera en direction de la constellation voisine de Céphée.
Environnement galactique et ligne de vue Le tronçon de la Voie lactée en direction de Cassiopée montre des traces très nettes d'obscurcissement causées par de gros nuages de poussière, en particulier sur le côté le plus au nord. Ce système nuageux est le même que celui visible dans la constellation adjacente de Céphée, dont il représente la continuation naturelle vers l'est. Le système nébuleux le plus proche de nous dans cette direction, et celui principalement responsable de l'obscurcissement, est situé à un peu plus de et son extension réelle est d'environ . Cette structure semble être connectée à un autre complexe, légèrement plus éloigné et plus grand, connu sous le nom de Nuage de Céphée. À l'intérieur, on trouve quelques sous-structures, parmi lesquelles se distingue un globule de Bok bien connu qui porte le code de catalogue Sh2-136 : c'est une enveloppe sombre évidente sur un fond faiblement nébuleux, avec des dimensions d'environ , et à l'intérieur duquel se trouvent de jeunes objets stellaires en formation. gauche|vignette|Carte schématique de la région galactique entre le Soleil et le complexe Céphée-Cassiopée. La relation de ces deux objets avec la ceinture de Gould, la bande d'étoiles géantes visible depuis Persée jusqu'au groupe de constellations du sud faisant partie du Navire Argo, n'a pas encore été établie : bien que la vitesse radiale indique une relation avec une superbulle en expansion connectée à la ceinture, sa position, plutôt détachée du plan dans lequel se trouve la ceinture, suggérerait une structure séparée et indépendante de celle-ci.
Au-delà de ce système de nuages obscurcissants, il existe une région moins riche en complexes nébuleux, mais dans laquelle, au sud de la ligne de visée de Céphée, se trouve une association OB assez clairsemée, connue sous le nom de Lacerta OB1. À une distance d' se trouve l'un des nuages moléculaires géants les plus étendus de notre bras spiral : il s'agit d'une longue ceinture de poussière s'étendant sur des milliers d'années-lumière transversalement au bras, formée par les failles du Cygne et de l'Aigle, qui se connecte à une autre bande sombre, visible en direction de Céphée, dont les ramifications s'étendent jusqu'à atteindre Cassiopée.
Le bord le plus externe du bras d'Orion comprend les zones du complexe de Cassiopée au sens strict, dominées par une association OB cataloguée comme Cassiopeiae OB14. Les amas ouverts les plus notables présents dans la zone sont Cr 463 et ASCC 4. Le premier est facilement observable même avec un télescope amateur, tandis que le second est beaucoup plus faible et plus dispersé.
Au-delà du bras d’Orion se trouve le bras de Persée, l’un des plus grands bras de la Voie lactée. Certaines des plus grandes nébuleuses, telles que le complexe Cœur-et-Âme, et les associations stellaires visibles dans Cassiopée appartiennent à ce bras spiral. Dans cette région, loin des complexes nébuleux de notre bras spiral, se trouvent certaines des associations OB les plus brillantes de toute la Galaxie : Cassiopeiae OB1, Cassiopeiae OB2, Cassiopeiae OB4, Cassiopeiae OB5, Cassiopeiae OB7 et surtout Cassiopeiae OB6.
Structure vignette|Image cartographiée de la constellation de Céphée, avec les structures du complexe mises en évidence. Les informations sont tirées de la publication Star Forming Regions in Cepheus. La connaissance de la structure de cette région est essentielle pour comprendre son extension vers Cassiopée. La région de Cassiopée n'a pas une structure uniforme : en effet, les régions HII visibles dans ce secteur de la voûte céleste sont situées, à des distances diverses. Sur notre bras spiral, il est possible de distinguer deux zones principales : la plus proche, qui est aussi la plus petite et la plus sombre, qui s'étend à une distance comprise entre , et la région derrière elle, plus riche et plus étendue, située sur le bord externe du bras d'Orion, qui s'étend de .
La région visible la plus proche de nous dans cette direction, si l'on exclut les petits nuages dans un rayon de , est celle formée par l'extension naturelle du complexe de Céphée. Le terme Cepheus Flare (littéralement « Le souffle de Céphée ») a été inventé par Edwin Hubble pour indiquer la zone du ciel dans la partie centrale de Céphée et du nord de Cassiopée dépourvue d'objets extragalactiques, s'étendant du plan galactique jusqu'aux régions aux hautes latitudes galactiques où la luminosité de la Voie lactée redevient visible, indiquant ainsi la présence d'une grande masse de poussière qui obscurcit notre Galaxie. Son extension est comprise entre 100° et 120° de longitude galactique.
Une étude de la distribution de l'hydrogène neutre dans la région a révélé la présence, à environ (), de deux structures dynamiquement différentes de gaz interstellaire situées à des latitudes galactiques comprises entre et , qui se déplacent à une vitesse d'environ 1,5 km/s l'une par rapport à l'autre. Il s’agit probablement de régions en expansion ou en collision. Une grande zone de continuum radio, appelée plus tard Boucle III (Loop III), a également été découverte dans la région, centrée aux coordonnées galactiques ; et s'étend sur , ce qui pourrait avoir été créé par une série d'explosions de supernova. Cette structure de bulle en mouvement indique également que le milieu interstellaire est affecté par une dynamique énergétique vigoureuse : la large gamme de mouvements différents observés pourrait être le reflet de l'action de différentes ondes de chocBerkhuijsen, E. M. 1973, A&A, 24, 143.
Les régions au-delà de notre bras spiral sont beaucoup plus étendues et complexes, ainsi que beaucoup moins connues en raison de leur grande distance (plus de ) et de l'assombrissement de certaines de ses zones. Le bras spiral auquel ils appartiennent, le bras de Persée, est, avec le bras Écu-Croix, l'un des deux principaux bras spiraux de la Voie lactée. Les structures les plus remarquables sont de loin les vastes associations OB, résultat de phénomènes intenses de formation d'étoiles toujours en cours, et l'étoile Ae/Be de Herbig MWC1080, l'une des étoiles les plus connues et les plus étudiées de cette classe. Le complexe le plus remarquable dans ce bras en direction de Cassiopée est celui des nébuleuses du Cœur et de l'Âme, également connues sous le nom de W3/W4/W5, auxquelles sont liées deux associations OB massives et brillantes : Cassiopeiae OB6 et Perseus OB1.
Régions proches du Soleil