On parle d'étoiles doubles pour désigner des étoiles apparemment très proches l'une de l'autre. Cela est dû parfois à ce que l'une des composantes se trouve près du prolongement du rayon visuel mené à l'autre composante : on a alors affaire à un système ou un couple optique. Mais le plus souvent ces astres sont réellement peu distants l'un de l'autre et constituent ce que l'on appelle un système physique (un couple physique dans le cas de deux étoiles), chose qui n'a été comprise qu'à partir de la fin du XVIII^e siècle.

Très vite, les astronomes se sont demandé si les deux astres qui forment un couple physique n'obéissent pas aux lois de la gravitation universelle, et si le plus faible ne tourne pas autour du principal de la même manière qu'une planète autour du Soleil, ou qu'un satellite autour de sa planète. W. Herschel est parvenu le premier à établir la réalité des révolutions et à en calculer approximativement la durée, de 1776 à 1804, mais c'est à Savary que l'on doit le calcul, en 1829, de la première orbite d'étoile double, Mizar (Grande Ourse).

De même que les perturbations d'Uranus ont fait découvrir Neptune à Le Verrier et à à Adams, les variations des positions de Sirius ont conduit Bessel à supposer que cette brillante étoile a un compagnon qui lui fait parcourir en 50 ans, suivant les calculs de Peters (1851), une ellipse dont le grand arc est vu de la Terre sous un angle supérieur à 2°. En 1862, l'enfant du constructeur Clark, regardant Sirius avec une puissante lunette de 47 cm d'ouverture, apercevait le compagnon de cet astre. Une découverte semblable a été faite sur Procyon et s'est répétée souvent ensuite. Elle a permis notamment de mettre en évidence l'existence de ces astres compacts que sont les naines blanches. Elles occuperont durablement les astrophysiciens au XX^e siècle. 

Dates clés :

1767 - Michell soupçonne l'existence de couples stellaires réels.

1844 - Bessel prédit l'existence de compagnons obscurs autour de Procyon et de Sirius.

1889 - Découverte des premières binaires spectroscopiques par A. Maury et E. Pickering.

Le nom d'étoile double a été employé la première fois par Ptolémée dans sa description de l'apparence de n Sgr (Sagittaire). Le premier objet de ce genre de couvert avec une lunette est probablement z UMa (Grande Ourse), qui parut double à Riccioli en 1651; le système quadruple de q Ori (Orion) a été découvert par Huygens en 1656 et la large paire de y Ari (Bélier) indiquée par Hooke huit ans plus tard. En 1689, le P. Richaud, en observant une comète à Pondichéry, sépara les composantes de a Cen (Centaure); la duplicité de g Vir (Vierge) a été découverte accidentellement par Bradley et Pond en 1718, et redécouverte ensuite par Cassini et Messier pendant une observation d'occultation; enfin a Gem (Gémeaux) a été résolue en 1719, la 61^e du Cygne en 1753 et b Cyg (Cygne) en 1755.

L'époque des pionniers

Si le terme d'étoile double remonte à l'Antiquité, la notion qu'il sous-tend aujourd'hui date seulement de la fin du XVIII^e siècle. Époque à laquelle Michell et W. Herschel on commencé à considérer l'existence de couples stellaires dont les composantes sont liées physiquement. Depuis, de vastes catalogues ont été dressés et des milliers de ses objets sont connus. Ce travail de défrichage a permis de bien caractériser ces astres. Au XIX^e siècle, y sont attachés notamment les noms de John Herschel et de William Struve, puis de Maedler, Bessel, Dawes, O. Struve, Schmidt, Flammarion et Dembowski et, au XX^e siècle, de Burnham, Jonckheere et Paul Couteau, parmi beaucoup autres.
 

Les astronomes ont su déterminer les orbites des étoiles binaires dès les premières années du XIX^e siècle. A partir de l'instant où ils ont également été capables de mesurer les parallaxes de quelques étoiles proches, et partant d'en calculer la distance - un tournant marqué par la détermination en 1838, par Bessel, de la parallaxe de 61 Cygni (Cygne) -, il leur a été possible de commencer à calculer les masses des étoiles. La méthode qu'ils vont suivre est simple et facile à comprendre, mais le progrès qu'elle représente est considérable. D'abord au point de vue des concepts, car cela va représenter la première application de la loi d'attraction universelle de Newton hors du Système solaire, ensuite, tout bêtement, au point de vue de la connaissance des étoiles : les systèmes binaires restant encore aujourd'hui le seul moyen d'accès fiable à ce paramètre fondamental qu'est pour une étoile sa masse.

L'astronomie de l'invisible

La présence d'un compagnon à proximité d'une étoile affecte son mouvement. Les deux astres gravitent autour d'un centre de masse commun. Il s'ensuit qu'observer le déplacement périodique de l'une des composantes permet d'en déduire l'existence de l'autre, même si sa lumière est trop faible pour pouvoir être observée. Les premiers succès de cette nouvelle astronomie de l'invisible, comme on l'appelait au XIX^e siècle auront été les découvertes des compagnons obscurs de Sirius et de Procyon, c'est-à-dire des premières naines blanches. 
 

La lumière des systèmes binaires a ceci de particulier qu'elle provient de deux sources distinctes très proches l'une de l'autre. Cela a offert aux astronomes des opportunités particulières. Ils ont pu ainsi dès les dernières années du XIX^e siècle mettre en évidence l'existence de couples ne se révélant à l'observateur que par la présence d'un double système de raies. Il s'agit des binaires spectroscopiques. Les variations de position relatives de ces raies ont également pu être utilisées très tôt pour déterminer les orbites de ces systèmes. Au XX^e siècle, la spectroscopie, associée aux progrès de la photométrie, a également permis, à travers la résolution de ce que l'on appelé le paradoxe d'Algol, de mettre en évidence des phénomènes inattendus dans les systèmes binaires : à commencer par l'existence de transferts de matière entre les composantes, conduisant à des chemins évolutifs très différents de ceux d'une étoile simple.

En librairie - Paul Couteau, Ces astronomes fous du ciel (ou l'histoire de l'observation des étoiles doubles), Edisud, 1988.