Les nuages d'hydrogène lumineux dans d'autres galaxies ressemblent à une éponge : le gaz n'occupe qu'une petite partie du volume, le reste étant presque vide. Pendant longtemps, les astronomes ne pouvaient que deviner à quel point ces nébuleuses sont « trouées ». Aujourd'hui, une équipe de scientifiques propose une méthode pour le mesurer.
Ils ont pris des images de deux galaxies spirales proches — NGC 2403 et NGC 628 — et, grâce à la vision par ordinateur, ont soigneusement identifié des centaines de régions lumineuses. Pour chaque région, ils ont mesuré la luminosité et la taille, puis calculé deux densités. La première est la densité moyenne sur tout le volume, comme si tout le gaz était réparti uniformément. La seconde est la densité à l'intérieur des amas individuels, là où le gaz est réellement concentré. La différence entre les deux indique la fraction de l'espace occupée par la matière.
Il s'avère que dans les amas, la densité ne dépasse pas 300 particules par centimètre cube — c'est des milliards de fois plus raréfié que l'air à la surface de la Terre. Et la densité moyenne sur l'ensemble du nuage est encore 10 à 100 fois plus faible. Cela signifie que le gaz n'occupe que de 0,01 % à 10 % du volume de la nébuleuse. Le reste est vide.
Les deux galaxies se comportent de la même manière : plus la nébuleuse est grande, plus sa densité moyenne est faible, mais seulement jusqu'à une taille d'environ 50 années-lumière. Au-delà, cette relation disparaît. Les scientifiques ont également remarqué que la densité moyenne dépend peu de la distance au centre galactique, et que la densité dans les amas n'en dépend pas du tout.
Si l'on compare ces données avec les mesures d'autres galaxies, des tendances intéressantes se dessinent. La densité moyenne des nébuleuses est liée à leur taille typique, à la proportion de grandes régions dans la galaxie et à l'intensité de la formation d'étoiles. Pour l'instant, ce ne sont que des indices, mais s'ils se confirment sur un plus grand nombre d'objets, ils aideront à comprendre comment se forment les amas d'étoiles massifs et à expliquer pourquoi, dans les galaxies très lointaines, les nébuleuses semblent plus denses que dans notre voisinage.
Une nébuleuse d'hydrogène chaud dans la galaxie NGC 628 peut atteindre des centaines d'années-lumière, mais la matière qu'elle contient suffirait à peine à former quelques dizaines d'étoiles semblables au Soleil.