Vu de la Terre, il existe un certain nombre de paires d’étoiles qui apparaissent très proches les unes des autres et sont souvent décrites comme des étoiles doubles. Dans certains cas, cela résulte d’un alignement coïncident de deux étoiles qui sont en réalité très éloignées l’une de l’autre – c’est ce qu’on appelle un double optique. Alternativement, les étoiles peuvent être suffisamment proches pour interagir gravitationnellement afin qu’elles tournent l’une vers l’autre – c’est ce qu’on appelle un système d’étoiles binaires. Des systèmes stellaires multiples comportant plus de deux étoiles en orbite autour sont également possibles. On pense que jusqu’à 85% des étoiles de notre galaxie se trouvent dans plusieurs systèmes stellaires, y compris les binaires.
Il existe un certain nombre d’exemples d’étoiles doubles des deux types. Zeta Lyra, près de l’étoile brillante Vega, est un exemple d’étoile double optique – les deux étoiles se distinguent avec des jumelles. Sirius A et B, et Alpha Centauri A et B sont des exemples de systèmes stellaires binaires. Ces deux systèmes apparaissent comme une seule étoile à l’œil nu.
Lorsqu’il est possible de résoudre un système binaire en deux étoiles distinctes, soit à l’œil nu, soit à l’aide d’un télescope, le système est connu sous le nom de binaire visuel. Ceux-ci peuvent généralement être distingués des doubles optiques par l’observation des mouvements des étoiles les unes par rapport aux autres. Dans de rares cas, les étoiles, vues de la Terre, peuvent s’éclipser, ce qui entraîne une réduction périodique de la lumière des étoiles. Algol, dans la constellation de Persée, est un exemple où la gradation, qui a lieu tous les quelques jours, est en fait visible à l’œil nu. Là où l’éclipse a lieu, il est possible de calculer les diamètres des deux étoiles à partir de la durée de l’obscurcissement.
Dans de nombreux cas, une étoile double apparaît comme une seule étoile, même lorsqu’elle est vue à travers un télescope puissant, car les étoiles qui la composent sont très proches les unes des autres et/ou très éloignées. Il existe un certain nombre de méthodes qui peuvent être utilisées pour déterminer si une étoile est en fait un système binaire composé de deux étoiles. Différents types d’étoiles produisent des spectres reconnaissables, en raison de leurs compositions différentes. Si l’analyse du spectre d’émission d’un objet lumineux distant indique deux types distincts de spectre stellaire, cela indiquerait qu’il s’agit d’un système stellaire double contenant deux types d’étoiles différents.
Une autre méthode de détection des étoiles binaires, impliquant à nouveau des spectres stellaires, utilise l’effet Doppler. Dans un système à double étoile, à tout moment, il est probable que l’une des étoiles se rapproche ou s’éloigne de la Terre, car les étoiles tournent l’une autour de l’autre. Le spectre de l’étoile sera décalé vers le bleu lorsqu’elle s’approche et vers le rouge lorsqu’elle s’éloigne. Cette situation s’inversera périodiquement, indiquant un mouvement orbital, même si une seule des étoiles peut effectivement être observée.
Les étoiles doubles peuvent être suffisamment proches les unes des autres pour que la gravité d’une étoile attire la matière de l’autre. Ceux-ci sont connus sous le nom de binaires de contact. Cette situation peut se produire lorsque l’une des étoiles se dilate au point où une partie de son matériau extérieur empiète sur la zone où l’attraction gravitationnelle de l’autre étoile est plus forte. Un tel exemple est le système stellaire binaire Beta Lyrae, également connu sous le nom de Sheliak.