Introduction:

Tous les astronomes amateurs ont dans leur répertoire quelques étoiles doubles spectaculaires, qu'ils exibent lors des soirées populaires. Mais, à vrai dire c'est une catégorie d'étoile qui n'inspire plus autant de ferveur qu'autrefois, pourtant elles peuvent apporter beaucoup de satisfaction à l'observateur visuel comme à l'astrophotographe.

Les étoiles doubles résultent soit de l'alignement fortuit de deux étoiles dans le ciel (alors qu'elles sont à des distances qui peuvent êtres très différentes), ou d'étoiles liées par la gravité et en orbite l'une autour de l'autre. En première approximation, on peut dire que la plus petite tourne autour de la plus grosse, mais en réalité elles sont en orbite autour du centre de masse du système. Avec les années on peut mesurer le mouvement orbital des étoiles et ainsi déterminer le temps requis pour boucler une orbite, qu'on appelle la période.

En plus des doubles visuelles, il y aussi les doubles spectroscopiques et les doubles à éclipses. Comme leur nom l'indique, les premières sont identifiées par l'effet doppler qui engendre un déplacement périodique des raies du spectre, et parfois même un dédoublement s'il s'agit d'étoiles semblables. La distance angulaire entre les composantes est généralement trop petite pour voir les étoiles individuellement. Quant aux doubles à éclipses, il s'agit de binaire dont le plan de l'orbite est parallèle à notre ligne de visé, avec le résultat que les deux composantes peuvent s'éclipser. On les appelle aussi variables à éclipse et elles sont le sujet d'étude de la part des observateurs d'étoiles variables. Ces dernières ont souvent une période très courte, quelques jours ou même quelques dizaines d'heures. Ces cas extrêmes révèlent des étoiles très rapprochées les unes des autres, déformées par la gravité intense.

Paramètres des doubles

Afin de quantifier ces astres, on définit les paramètres suivants:

- La séparation, c'est la distance angulaire entre les composantes, généralement exprimée en secondes d'arc

- La magnitude de chacune des composantes. La plus lumineuse est la principale alors que l'autre est la secondaire.

- La position angulaire, c'est l'angle que fait la ligne qui joint les deux étoiles en partant de la principale, par rapport au nord en tournant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (anti- horaire).

- Des notes supplémentaires peuvent indiquer la couleur, la période de l'orbite des binaires connues, etc …

Dans le cas des binaires, le centre de masse est le point autour duquel les composantes tournent, leur distance par rapport à ce point étant inversement proportionnelle à leur masse. Au cours d'une orbite, les deux composantes sont toujours sur une ligne droite qui passe par le centre de masse. On peut faire une comparaison avec une balançoire à planche comme illustré. Si les deux personnes sont de même poids, le point du support sera à mi-chemin entre les deux. Si l'une pèse le double de l'autre, pour obtenir l'équilibre la plus petite doit se positionner deux fois plus loin que l'autre du point de support.

Leur observation

Il y a des doubles pour tous les instruments, même pour l'œil nu. Par exemple, la paire Alcor et Mizar dans la Grande Ourse est utilisée comme référence pour tester la performance de nos yeux. Aussi longtemps qu'on peu voir les deux composantes, l'humain est généralement satisfait de sa vue. Une paire de jumelles la résout facilement, de même que Epsilon de la Lyre, Bêta du Capricorne et beaucoup d'autres.

Tout instrument digne de s'appeler télescope (ou lunette astronomique) en montre d'avantage, proportionnellement au diamètre de l'instrument. Évidemment, la qualité optique a aussi un rôle à jouer de même que la turbulence atmosphérique (seeing). Le diamètre de l'instrument se compare à un entonnoir qui capterait de la pluie, plus il est large plus il capte de photons, donc permet de voir des objets moins lumineux. Par contre, la qualité optique est une mesure de la capacité à bien concentrer la lumière. En d'autres mots, plus la lumière d'une étoile est concentrée en un petit point, plus il sera facile de séparer deux étoiles très proches l'une de l'autre.

Dans l'exemple ci-contre, nous avons deux images de l'étoile 61 du Cygne. L'image du bas a une résolution supérieure à celle du haut. Cette étoile est rapide, remarquez son déplacement entre les dates ou elle fut photographiée, septembre 2005 en haut et.juin 2000 en bas.

La différence de magnitude est aussi un facteur important. Plus les composantes ont une luminosité comparable, plus il est facile de les séparer. Ainsi, les composantes de Epsilon 1 et Epsilon 2 dans la Lyre qui ont une séparation respective de 2.7" et 2.5" respectivement et une magnitude aux alentours de 6, sont plus faciles à séparer que Sirius A et B distantes de 6", avec une différence de 5 magnitudes. De même, le compagnon de l'Étoile Polaire qui est à 18" mais 7 magnitude plus faible, est difficile à observer. La raison est que la plus faible est alors noyée dans la lueur de l'autre. Voir l'exemple ci-contre à gauche.

Le mouvement apparent des composantes d'une binaire est influencé par l'angle que fait le plan de son orbite relativement à la ligne de visée depuis la terre. Si vue de face, on voit une orbite non déformé. Si vue par la tranche, on voit les composantes sur une ligne droite s'approcher puis s'éloigner l'une de l'autre, en sommes elles semblent osciller. Si l'angle d'inclinaison est intermédiaire, l'orbite apparaîtra plus ou moins déformée.

Table d'étoiles doubles suggérées: ceci est un sous ensemble de la liste de 100 étoiles qu'on retrouve sur le site de l'Astronomical League où elles sont par ordre d'ascension droite. Moi j'ai préféré les mettre par ordre de constellation. Reproduit avec permission.

Numéro	Constellation	Objet	A.D.	Déc.	Mag.	Sép.	A.P.
1	Andromède	Gamma	02h 03m.9	+42° 20'	2.3, 5.5	9.8"	63°
2	Bélier	Gamma	01h 53m.5	+19° 18'	4.8, 4.8	7.8"	0°
3	Bouvier	Xi	14h 51m.4	+19° 06'	4.7, 7.0	6.9"	332
4	Bouvier	Pi	14h 40m.7	+16° 25'	4.9, 5.8	5.6"	108°
5	Camelopardalis	1	04h 32m.0	+53° 55'	5.7, 6.8	10.3"	308°
6	Cancer	Iota	08h 46m.7	+28° 46'	4.2, 6.6	30"	307°
7	Capricorne	Alpha	20h 18m.1	-12° 33'	3.6, 4.2	378"	291°
8	Cassiopée	Eta	00h 49m.1	+57° 49'	3.4, 7.5	12"	307°
9	Couronne Boréale	Sigma	16h 14m.7	+33° 52'	5.6, 6.6	6.2"	233°
10	Cygne	61	21h 06m.9	+38° 45'	5.2, 6.0	28"	146°
11	Cygne	Beta Albirio	19h 30m.7	+27° 58'	3.1, 5.1	34.4"	54°
12	Dragon	40/41	18h 00m.2	+80° 00'	5.7, 6.1	19.3"	232°
13	Eridan	55	04h 43m.6	-08° 48'	6.7, 6.8	9.2"	317°
14	Éridan	32	03h 54m.3	-02° 57'	4.8, 6.1	6.8"	347°
15	Gémeaux	Alpha	07h 34m.6	+31° 53'	1.9, 2.9	2.2"	171°
16	Grande Ourse	Zeta Alcor-Mizard	13h 23m.9	+54° 56'	2.3, 4.0, 4.0	14.4", 709"	152°, 71°
17	Hercule	Alpha	17h 14m.6	+14° 23'	3.5, 5.4	4.7"	107°
18	Les Chiens de Chasse	Alpha	12h 56m.0	+38° 19'	2.9, 5.5	19.4"	229°
19	Lion	Gamma	10h 20m.0	+19° 51'	2.2, 3.5	4.4"	122
20	Lyre	Epsilon 1	18h 44m.3	+39° 40'	5.0, 6.1,	2.6",	173°,
21	Lyre	Epsilon 2			5.2, 5.5	2.3"	94°
22	Lyre	Beta	18h 50m.1	+33° 22'	3.4, 8.6	46"	149°
23	Monoceros	Beta	06h 28m.8	-07° 02'	4.7, 5.2	7.3"	132°
24	Ophiuchus	36	17h 15m.3	-26° 36'	5.1, 5.1	4.4"	154°
25	Orion	Lamda	05h 35m.1	+09° 56'	3.6, 5.5	4.4"	43°
26	Orion	Beta	05h 14m.5	-08° 12'	0.1, 6.8	9.5"	202°
27	Petite Ourse	Alpha Polaire	02h 31m.8	+89° 16'	2.0, 9.0	18.4"	218°
28	Scorpion	Beta	16h 05m.4	-19° 48'	2.6, 4.9	13.6"	21°
29	Taureau	Chi	04h 22m.6	+25° 38'	5.5, 7.6	19.4"	24°
30	Triangle	Iota	02h 12m.4	+30° 18'	5.3, 6.9	3.9"	71°

À quoi bon?

D'abord, faisons un peu d'histoire. William Hershell (1739-1822), le découvreur d'Uranus, a été le premier astronome à étudier sérieusement les étoiles multiples et après une dizaine d'années a pu constater que certaines sont liées par l'attraction universelle, d'où le nom de binaire. Parmi les autres somnités dans le domaine, mentionnons Wilhelm Struve (1793-1864) et Robert Aitken (1864-1951). Aujourd'hui, le Washington Double Stars Catalog contient le recensement de 83,211paires. En mesurant la dimension et la période des orbites, ça permet de calculer la masse des étoiles, une donnée extrêmement importante en astrophysique. En effet, la masse est primordiale dans toute théorie sur la vie et l'évolution des étoiles.

Quant à l'amateur, la première raison pour faire ce genre d'observation est simplement pour la curiosité et le plaisir d'observer. Mais, à la longue et surtout avec les moyens technologiques d'aujourd'hui, il est en mesure de fournir des données précises pour raffiner l'orbite de plusieurs binaires qui n'ont pas été suffisamment étudiées.

La photographie d'étoiles doubles

Les caméras CCD et aussi la famille des webcams, mettent de nombreuses étoiles doubles à la portée des amateurs. Alors que le ciel profond est handicapé par la pollution lumineuse dans les villes, il est intéressant de constater que la photographie des doubles est affectée à un niveau beaucoup moindre.

Par ailleurs, des logiciels permettent de calculer la séparation entre les composantes et en alignant les rangées de pixels du détecteur parallèlement à la direction des points cardinaux, on peut aussi mesurer l'angle de position.

J'ai fait des expériences avec la Caméra NextImage de Celestron couplée à un C14, et je vous présente ci-après quelques unes des images que j'ai obtenu. J'espère que ces résultats en inciteront quelques autres à tenter l'expérience.

Doubles avec une grande séparation

Note: pour chacune j'indique la séparation en seconde d'arc.
Cependant, l'échelle peut varier un peu d'une image à l'autre

Doubles avec une moyenne séparation

Doubles avec une petite séparation

Les composantes Epsilon 1 et 2 de la Lyre sont distantes de 210 secondes d'arc, de sorte que le champs de vision ne permet pas de les photographier simultanément. Je les aies prises séparément, puis fait un montage pour les montrer ensemble. Pour cette raison, la distance entre les deux paires est approximative.

http://www.astroleague.org/al/obsclubs/dblstar/dblstar2.html L'Astronomical League offre sa "Double Star Observing List" qui contient 100 entrées, par ordre d'ascension droite.

http://www.dibonsmith.com/orbits.htm Site de Richard Dibon-Smith, entre autres il présente une table contenant 150 doubles, "The orbits of 150 visual binaries", listées par ordre alphabétique selon le nom des constellations. Particulièrement intéressant, en cliquant sur le nom d'une étoile, un diagramme de l'orbite apparaît.

http://members.aol.com/astroalcove/double.html Site web préparé et maintenu par Gamze & Haldun I. Menali. Cette page contient plusieurs liens intéressants en regard des étoiles doubles. Je vous invite aussi à naviguer le reste de ce site qui contient énormément d'information sur plusieurs sujets