Systèmes d'étoiles binaires

Lorsque deux étoiles orbitent autour d'un centre de masse commun, leurs mouvements obéissent aux lois de la gravitation d'une manière qui révèle leurs masses, faisant des systèmes binaires la pierre angulaire de la mesure de la masse des étoiles.

Definition

Un système d'étoiles binaires est une paire d'étoiles liées gravitationnellement l'une à l'autre et orbitant autour de leur centre de masse commun ; par extension, un système multiple contient trois étoiles ou plus ainsi liées.

Scope

Ce sujet couvre les types de systèmes binaires, incluant les systèmes visuels, astrométriques, spectroscopiques et à éclipses, la dynamique orbitale régie par les lois de Kepler et de Newton, la détermination des masses stellaires à partir des orbites, le modèle de Roche et la classification des binaires en systèmes détachés, semi-détachés ou à contact, ainsi que la prévalence et l'origine des systèmes multiples.

Core questions

• Quels sont les différents types d'étoiles binaires ?
• Comment les orbites d'un système binaire révèlent-elles les masses stellaires ?
• Qu'est-ce qui distingue les binaires détachées, semi-détachées et à contact ?
• Comment se forment les systèmes binaires et multiples ?

Key concepts

• centre de masse
• lois de Kepler
• binaire visuelle
• binaire spectroscopique
• lobe de Roche
• rapport de masse
• binaire à contact

Key theories

Dynamique orbitale et détermination de la masse

Chaque étoile décrit une ellipse autour du centre de masse commun avec la même période ; la troisième loi de Kepler relie la taille de l'orbite et la période à la masse totale, tandis que le rapport des mouvements des deux étoiles donne leurs masses individuelles.

Le modèle de Roche des binaires proches

Dans une binaire proche, le potentiel gravitationnel définit des lobes de Roche en forme de goutte autour de chaque étoile ; le fait que les étoiles remplissent ou non ces lobes classe le système comme détaché, semi-détaché ou à contact et détermine si un transfert de masse entre elles peut se produire.

Mechanisms

Deux étoiles liées orbitent autour de leur centre de masse partagé, l'étoile la plus massive se déplaçant sur une orbite plus petite. L'observation de la géométrie orbitale, de la période et des mouvements relatifs des étoiles, par imagerie, astrométrie ou décalages Doppler, permet de déterminer les masses via la gravité newtonienne. Dans les paires proches, le champ gravitationnel combiné façonne des surfaces équipotentielles dont les lobes de Roche critiques régissent tout échange de matière.

Clinical relevance

Les systèmes binaires fournissent la quasi-totalité des masses stellaires mesurées directement et calibrent ainsi la relation masse-luminosité et les modèles stellaires ; leurs statistiques contraignent la théorie de la formation stellaire, et les binaires proches préparent le terrain pour le transfert de masse, les novae, les supernovae de type Ia et les fusions d'objets compacts.

History

Herschel a démontré au début du XIXe siècle que certaines étoiles doubles sont liées gravitationnellement plutôt que de simples alignements fortuits, Bessel a déduit l'existence de compagnons invisibles à partir des oscillations stellaires, et l'analyse du potentiel gravitationnel des paires proches par Roche au XIXe siècle est devenue le cadre de compréhension des binaires en interaction.

Key figures

• William Herschel
• Friedrich Wilhelm Bessel
• Edouard Roche
• Peter Eggleton

Seminal works

• hilditch2001
• herschel1803

Frequently asked questions

Comment les astronomes pèsent-ils une étoile ?

La méthode la plus fiable consiste à trouver l'étoile dans un système binaire et à mesurer comment elle et son compagnon orbitent l'une autour de l'autre ; l'application de la forme newtonienne des lois de Kepler à la taille et à la période de l'orbite donne directement les masses des deux étoiles.

Qu'est-ce qu'un lobe de Roche ?

C'est la région autour de chaque étoile dans une binaire proche au sein de laquelle la matière est liée gravitationnellement à cette étoile ; si une étoile se dilate jusqu'à remplir son lobe de Roche, du gaz peut s'échapper par le point de connexion vers son compagnon, entraînant un transfert de masse.