Un système stellaire est un ensemble d'étoiles liées par l'attraction gravitationnelle. Le terme est utilisé aussi bien pour décrire des étoiles multiples, que des ensembles comptant un grand nombre d'étoiles, tels des amas d'étoiles ou des galaxies.
L'expression système stellaire est aussi parfois improprement employée pour se référer à une seule étoile dotée d'un système planétaire de corps plus petits en orbite autour d'elle.
Terminologie L'expression système stellaire intervient dans l'étude des:
systèmes stellaires multiples, qui impliquent un petit nombre d'étoiles, tels que des système binaire, triple (ou ternaire), quadruple, etc. Les étoiles qui constituent un système stellaire sont appelées ses composantes. systèmes stellaires dans le cadre de la dynamique stellaire ou de la cinématique stellaire, pour l'étude des amas d'étoiles et des galaxies. Le terme générique de système stellaire reflète l'indépendance d'échelle faisant qu'un amas globulaire ou une galaxie elliptique géante peut être décrit avec les mêmes méthodes théoriques, et parfois les mêmes modèles.
Systèmes stellaires binaires
Un système stellaire de deux étoiles est appelé étoile binaire, ou système (stellaire) binaire ou encore étoile double physique. S'il n'existe pas d'effets de forces de marée, ni de perturbation provenant d'autres forces, ni aucun transfert de masse d'une étoile à l'autre comme est le cas dans une binaire à contact, alors un tel système est stable et les deux étoiles parcourront indéfiniment une orbite elliptique autour du centre de masse du système (voir Problème à deux corps).
On peut citer comme exemples de systèmes binaires : Alpha Canis Majoris (ou α Cma, ou encore Sirius), Alpha Canis Minoris (ou α Cmi, ou encore Procyon) ou encore Cygnus X-1, ce dernier système étant probablement constitué d'une étoile et d'un trou noir.
Système stellaire multiple
Les systèmes d'étoiles multiples ou étoiles multiples physiques sont des systèmes stellaires comportant plus de deux étoiles. Les systèmes stellaires à étoiles multiples sont dits triples, trinaires ou ternaires s'ils contiennent trois étoiles ; quadruples ou quaternaires s'ils en contiennent quatre ; quintuples, sextuples, septuples et ainsi de suite s'ils en contiennent respectivement cinq, six, sept, etc. Ces systèmes sont plus petits que des amas stellaires ouverts qui ont des dynamiques plus complexes et regroupent typiquement de 100 à 1000 étoiles.
Dynamique Théoriquement, la modélisation d'un système d'étoiles multiples est plus complexe que celle d'un système binaire, du fait que le système dynamique concerné, le problème à N corps, peut mettre en évidence des comportements chaotiques. De nombreuses configurations de petits groupes d'étoiles s'avèrent instables, lorsqu'une étoile se rapproche incidemment très près d'une autre, et qu'elle est accélérée jusqu'à être éjectée du systèmeMultiple Stellar Systems: Types and Stability, Peter J. T. Leonard, in Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, P. Murdin, ed., online edition at the , orig. ed. published by Nature Publishing Group, 2001. Cette instabilité peut être évitée si le système est ce que David S. Evans a baptisé hiérarchiqueStars of Higher Multiplicity, David S. Evans, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 9 (1968), 388–400. Dans un système hiérarchique, les étoiles du système peuvent être divisées en deux groupes plus petits, chacun d'entre eux parcourant une grande orbite autour du centre de masse du système. Chacun de ces groupes plus petits doit lui-même être hiérarchique, ce qui signifie qu'ils doivent être divisés entre des sous-groupes plus petits, qui eux-mêmes sont hiérarchiques, et ainsi de suite. Dans ce cas, le mouvement des étoiles continuera d'approximer des orbites képlériennes stables autour du centre de masse du systèmeDynamics of multiple stars: observations, A. Tokovinin, in "Massive Stars in Interacting Binaries", August 16-20, 2004, Quebec (ASP Conf. Ser., in print) à la différence de la dynamique plus complexe des grands nombres d'étoiles des amas stellaires et des galaxies.
vignette|250px|Vue d'artiste des orbites de HD 188753, un système stellaire triple hiérarchique.
Observation et statistiques La plupart des systèmes stellaires multiples connus sont des systèmes triples. Pour de plus grands multiples, le nombre de systèmes observés décroît exponentiellement comme croît le multipleStatistics of multiple stars: some clues to formation mechanisms, A. Tokovinin, in the proceedings of IAU Symposium 200, The Formation of Binary Stars, Potsdam, Germany, April 10–15, 2000. . Par exemple, dans la révision de 1999 du Catalogue de TokovinineMSC-a catalogue of physical multiple stars, A. A. Tokovinin, Astronomy and Astrophysics Supplement Series 124 (1997), 75–84; online versions at VizieR and the Multiple Star Catalog des étoiles multiples physiques, 551 des 728 systèmes décrits sont triples. Cependant, du fait des effets de sélection notre connaissance de ces statistiques est très incomplèteStatistics of multiple stars, A. Tokovinin, in The Environment and Evolution of Double and Multiple Stars, Proceedings of IAU Colloquium 191, held 3-7 February, 2002 in Merida, Yucatan, Mexico, edited by Christine Allen and Colin Scarfe, Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica (Serie de Conferencias) 21 (August 2004), pp. 7-14.
Le pourcentage d'étoiles qui sont au sein d'un système binaire ou multiple décroît généralement avec la masse de l'étoile primaire.. Ainsi on admet que la fraction d'étoiles de types O, B et A qui sont binaires ou multiples est supérieure à 80 %, tandis qu'elle est d'environ 50 % pour les étoiles de type solaire, et pourrait être de 40 % pour les naines rouges, même si pour ces dernières, il est plus difficile de détecter leurs compagnons en raison de leurs faibles masses et luminosité.. À moins de du Soleil (soit ), on recense en 2026, parmi 424 étoiles et naines brunes connues, 68 binaires, 19 triples, trois quadruples et deux quintuples, ce qui fait 215 objets répartis dans 92 systèmes doubles et multiples..
À cause de l'instabilité dynamique déjà mentionnée, les systèmes triples sont souvent hiérarchiques : ils contiennent une paire d'étoiles proches liée à un compagnon plus éloigné. Les systèmes avec des multiplicités supérieures sont en général hiérarchiques également. On connaît des systèmes ayant jusqu'à sept étoiles. Par exemple Castor (α Geminorum) est un système sextuple, comprenant une paire binaire située à une orbite relativement distante de deux autres paires binaires plus prochesCastor A and Castor B resolved in a simultaneous Chandra and XMM-Newton observation, B. Stelzer and V. Burwitz, Astronomy and Astrophysics 402 (May 2003), pp. 719–728.. ADS 9731 est un autre système sextuple connu qui comprend une paire de systèmes triples, chacun d'entre eux étant une binaire spectroscopique en orbite avec une étoile simpleADS 9731: A new sextuple system, A. A. Tokovinin, N. I. Shatskii, and A. K. Magnitskii, Astronomy Letters, 24, #6 (November 1998), pp. 795–801..
Exemples Binaire α CMa (α Canis Majoris ou Sirius), une étoile binaire composée d'une étoile de type A de la séquence principale et d'une naine blanche. ε Aur (Epsilon Aurigae), une binaire à éclipses.
Triple Polaris, l'étoile polaire, est un système stellaire triple dans lequel l'étoile compagnon proche est extrêmement rapprochée de l'étoile principale (tellement qu'elle n'était connue que par son attraction gravitationnelle sur Polaris A jusqu'à ce qu'elle soit photographiée par le Télescope spatial Hubble en 2006). α Cen (α Centauri) est une étoile triple composée d'une paire principale de naines jaunes (α Cen A et α Cen B), et une naine rouge excentrée, Proxima Centauri. A et B sont des binaires physiques, avec une orbite excentrique dans lesquelles A et B peuvent se rapprocher jusqu'à 11 ua ou s'éloigner jusqu'à 36 ua. Proxima est beaucoup plus loin (~15000 ua) de A et B qu'elles ne le sont l'une de l'autre. Bien que cette distance soit toujours petite en regard des autres distances interstellaires, on peut se demander si Proxima est bien liée gravitationnellement à A et BAre Proxima and α Centauri Gravitationally Bound?, Jeremy G. Wertheimer, Gregory Laughlin, Astronomical Journal 132, #5 (November 2006), pp. 1995–1997. HD 188753 est un système stellaire triple situé approximativement à 149 années-lumière de la Terre dans la constellation du Cygne. Le système se compose de HD 188753 A, une naine jaune, de HD 188753 B, une naine orange et de HD 188753 C, une naine rouge. B et C orbitent l'une autour de l'autre en 156 jours, et, en groupe, orbitent autour de A en 25,7 ans. HR 9038 est un système stellaire triple situé approximativement à 35 années-lumière de la Terre dans la constellation de Céphée. Beta Monocerotis, système constitué de trois étoiles Be sur la séquence principale.
Quadruple 4 Centauri4 Centauri, entry in the Multiple Star Catalog. Mizar est souvent présentée comme ayant été la première étoile binaire découverte quand elle a été observée en 1650 par Giovanni Battista RiccioliThe Binary Stars, R. G. Aitken, New York: Semi-Centennial Publications of the University of California, 1918, 1.Vol. 1, part 1, p. 422, Almagestum Novum, Giovanni Battista Riccioli, Bononiae: Ex typographia haeredis Victorij Benatij, 1651. mais elle a probablement été observée plus tôt, par Benedetto Castelli et Galilée. Ultérieurement, la spectroscopie de ses composants Mizar A et B révéla qu'elles étaient elles-mêmes chacune des binairesA New View of Mizar, Leos Ondra, consulté le .. Mu Draconis HD 98800 Kepler-64 BG Indi, système quadruple constitué de deux binaires à éclipses le plus proche de la Terre.
Quintuple Beta Capricorni (Dabih)Beta Capricorni, sur le Multiple Star Catalog Epsilon Hydrae Zeta CancriZeta Cancri, sur le Multiple Star Catalog Xi Ursae Majoris Iota Cassiopeiae E1213/E1234 1SWASP J093010.78+533859.5 (J093010)Astronomers Discover Quintuple Star System, sci-news.com, 7 juin 2015 KIC 4150611 HD 181469 HD 27638 HD 155448 14 Aurigae Zeta Coronae Borealis Sigma Coronae Borealis GG Tauri HIP 28790/28764 HIP 64478 V994 Herculis
Sextuple Castor ADS 9731 Acrux 59 Serpentis ADS 9918
Septuple Nu ScorpiiNu Scorpii, sur le Multiple Star Catalog AR CassiopeiaeAR Cassiopeiae, sur le Multiple Star Catalog
Voir aussi
Système solaire Étoile multiple Système planétaire Exoplanète
Références
Sources
Liens externes