Une forte proportion d'étoiles (probablement plus de 30%) ne sont pas formées d'un seul astre, comme le Soleil, mais de plusieurs, reliés physiquement, c'est-à-dire gravitant les uns autour des autres.
- Les "couples optiques", les composantes n'ayant aucune relation entre elles et n'étant rapprochées que par un effet de perspective
- lorsqu'elles sont toutes deux très lumineuses et suffisamment séparées il est possible, de distinguer directement à l'aide de nos instruments les composantes d'une étoile double (étoiles doubles visuelles).
- Pour les étoiles plus proches l'une de l'autre, la variation des vitesses radiales lors du mouvement des composantes peut être détectée sur leur spectre, grâce à l'effet Doppler-Fizeau (étoiles doubles spectroscopiques).
- Enfin, quand les étoiles sont vraiment très proches, que l'observateur se trouve près du plan de l'orbite et que l'éclat des deux composantes diffère sensiblement, l'éclat de l'ensemble variera à chaque fois que l'une des composantes passera devant l'autre (étoiles doubles à éclipses ou photométriques).
Le principal intérêt de l'étude des étoiles doubles est la détermination des masses stellaires.
Les étoiles doubles visuelles ont été étudiées depuis le début du XIXe siècle, et, en 1827, W. Struve, examinant 120000 étoiles, recensait déjà plus de 1000 couples. Parmi ceux-ci, une faible proportion sont des "couples optiques". Mais un grand nombre sont des couples physiques, les composantes gravitant suivant les lois de Kepler. Environ 500 cas ont pu être étudiés en détail, et les éléments des orbites calculés. En moyenne, la période de révolution diminue avec la séparation des composantes.
Si l'on considère deux étoiles très voisines, impossibles à séparer visuellement, mais courant cependant l'une autour de l'autre, les raies du spectre se dédoublant, ou tout au moins se déformant, par suite des vitesses différentes des deux composantes, on est en présence d'étoiles doubles spectroscopiques. On a constaté ainsi que près de 20% des étoiles étaient en réalité doubles. La méthode spectroscopique ne fait pas double emploi avec la méthode visuelle, car elle ne détecte généralement pas les mêmes astres. Cette dernière permet de découvrir des couples très lâches, chez lesquels les vitesses de révolution sont trop faibles pour être détectées spectroscopiquement. Par contre, les étoiles doubles spectroscopiques sont en mouvement rapide l'une par rapport à l'autre et correspondent à des couples serrés. Leurs périodes varient de quelques heures à quelques jours.
