Un sistema d'estrelles o sistema estel·lar és un petit nombre d'estrelles que orbiten entre si, lligades per atracció gravitatòria. Un gran grup d'estrelles lligades per la gravitació s'anomena generalment cúmul estel·lar o galàxia, encara que, a grans trets, també són sistemes d'estrelles. Els sistemes estel·lars no s'han de confondre amb els sistemes planetaris, que inclouen planetes i cossos similars (com els cometes).
Un sistema estel·lar de dues estrelles es coneix com a estrella binària, sistema estel·lar binari o estrella doble física. Si no hi ha efectes de marea, no hi ha pertorbacions d'altres forces i no hi ha transferència de massa d'una estrella a l'altra, aquest sistema és estable i ambdues estrelles traçaran una òrbita el·líptica al voltant del baricentre del sistema indefinidament (vegeu problema dels dos cossos). Exemples de sistemes binaris són Sirius, Procyon i Cygnus X-1, l'últim dels quals probablement consta d'una estrella i un forat negre.
Sistemes d'estrelles múltiples Un sistema estel·lar múltiple està format per dues o més estrelles que semblen des de la Terra que estiguin a prop l'una de l'altra al cel. Això pot ser que les estrelles estiguin físicament properes i gravitacionalment lligades entre si, en aquest cas es tracta d'una estrella múltiple física, o aquesta proximitat pot ser només aparent, en aquest cas és una estrella múltiple òptica. Les estrelles múltiples físiques també són habitualment anomenades estrelles múltiples o sistemes estel·lars múltiples.
La majoria dels sistemes d'estrelles múltiples són estrelles triples. És menys probable que es produeixin sistemes amb quatre o més components. Els sistemes de múltiples estrelles s'anomenen triple, ternari o trinari si contenen 3 estrelles; quàdruple o quaternari si contenen 4 estrelles; quíntuple o quintenari amb 5 estrelles; sèxtuple o sextenari amb 6 estrelles; sèptuple o septenari amb 7 estrelles; òctuple o octenari amb 8 estrelles. Aquests sistemes són més petits que els cúmuls estel·lars oberts, que tenen una dinàmica més complexa i normalment tenen entre 100 i 1.000 estrelles. La majoria de sistemes estel·lars múltiples coneguts són triples; per a multiplicitats més altes, el nombre de sistemes coneguts amb una multiplicitat donada disminueix exponencialment amb la multiplicitat. Per exemple, a la revisió del 1999 del catàleg d'estrelles múltiples físiques de Tokovinin, 551 dels 728 sistemes descrits són triples. Tanmateix, a causa de la selecció esbiaixada, la capacitat d'interpretar aquestes estadístiques és molt limitada.
Els sistemes d'estrelles múltiples es poden dividir en dues classes de dinàmiques principals: (1) sistemes jeràrquics, que són estables i consisteixen en òrbites imbricades que no interactuen gaire, de manera que cada nivell de la jerarquia es pot tractar com un problema dels dos cossos. o (2) els trapezis, que tenen òrbites d'interacció forta inestables i es modelen com un problema dels n cossos, mostrant un comportament caòtic. Poden tenir 2, 3 o 4 estrelles.
Sistemes jeràrquics miniatura|Sistema estel·lar anomenat DI Cha. Tot i que només són evidents dues estrelles, en realitat es tracta d'un sistema quàdruple que conté dos conjunts d'estrelles binàries
La majoria dels sistemes d'estrelles múltiples s'organitzen en el que s'anomena sistema jeràrquic: les estrelles del sistema es poden dividir en dos grups més petits, cadascun dels quals travessa una òrbita més gran al voltant del centre de masses del sistema. Cadascun d'aquests grups més petits també ha de ser jeràrquic, el que significa que s'han de dividir en subgrups més petits que ells mateixos són jeràrquics, i així successivament.
Cada nivell de la jerarquia es pot tractar com un problema dels dos cossos considerant les parelles properes com si fossin una sola estrella. En aquests sistemes hi ha poca interacció entre les òrbites i el moviment de les estrelles continuarà aproximant-se en òrbites keplerianes estables al voltant del centre de massa del sistema,, A. Tokovinin, in "Massive Stars in Interacting Binaries", 16–20 August 2004, Quebec (ASP Conf. Ser., in print). a diferència dels sistemes de trapezis inestables o la dinàmica encara més complexa de el gran nombre d'estrelles en cúmuls estel·lars i galàxies.
Sistemes d'estrelles triples En un sistema físic d'estrelles triples, cada estrella orbita al voltant del centre de massa del sistema. Normalment, dues de les estrelles formen un sistema binari proper, i la tercera orbita aquesta parella a una distància molt més gran que la de l'òrbita binària. Aquesta disposició s'anomena jeràrquica. La raó d'aquesta disposició és que si les òrbites interiors i exteriors són de mida comparable, el sistema pot tornar-se dinàmicament inestable, provocant que una estrella sigui expulsada del sistema.
EZ Aquarii és un exemple de sistema triple jeràrquic físic, que té una estrella exterior que orbita un binari físic interior compost per dues estrelles nanes vermelles més. Les estrelles triples que no estan totes lligades gravitacionalment poden incloure un binari físic i un company òptic (com Beta Cephei) o, en casos rars, una estrella triple purament òptica (com Gamma Serpentis).
Multiplicitats més grans miniatura|Esquemes mòbils:
Els sistemes estel·lars múltiples jeràrquics amb més de tres estrelles poden produir diversos arranjaments més complicats. Aquests arranjaments es poden organitzar mitjançant el que Evans (1968) va anomenar diagrames mòbils, que semblen semblants als mòbils ornamentals penjats del sostre. A la figura de la dreta es donen exemples de sistemes jeràrquics (Diagrames mòbils). Cada nivell del diagrama il·lustra la descomposició del sistema en dos o més sistemes amb una mida més petita. Evans anomena un diagrama múltiplex si hi ha un node amb més de dos fills, és a dir, si la descomposició d'algun subsistema implica dues o més òrbites de mida comparable. Com que, com ja hem vist per a les estrelles triples, aquesta pot ser inestable, s'espera que múltiples estrelles siguin símplex, és a dir, que a cada nivell hi ha exactament dos fills. Evans anomena jerarquia al nombre de nivells del diagrama.
Un diagrama símplex de la jerarquia 1, com a (b), descriu un sistema binari. Un diagrama símplex de la jerarquia 2 pot descriure un sistema triple, com a (c), o un sistema quàdruple, com a (d). Un diagrama símplex de la jerarquia 3 pot descriure un sistema amb entre quatre i vuit components. El diagrama mòbil de (e) mostra un exemple d'un sistema quàdruple amb jerarquia 3, que consisteix en un únic component llunyà que orbita un sistema binari proper, amb un dels components del binari proper que és un binari encara més prop Un exemple real d'un sistema amb jerarquia 3 és Càstor, també conegut com Alpha Geminorum o α Gem. Consisteix en el que sembla ser una estrella binària visual que, en una inspecció més propera, es pot veure que consta de dues estrelles binàries espectroscòpiques. Per si mateix, aquest seria un sistema de jerarquia quàdruple 2 com a (d), però està orbitat per un component més llunyà més tènue, que també és un binari de nana vermella propera. Això forma un sistema sextuple de jerarquia 3. La jerarquia màxima que es produeix al catàleg d'estrelles múltiples d'A. A. Tokovinin, a partir de 1999, és 4. Per exemple, les estrelles Gliese 644A i Gliese 644B formen el que sembla ser una estrella binària visual propera; com que Gliese 644B és un binari espectroscòpic, en realitat es tracta d'un sistema triple. El sistema triple té el company visual més llunyà Gliese 643 i el company visual encara més llunyà Gliese 644C, que, a causa del seu moviment comú amb Gliese 644AB, es creu que estan lligats gravitacionalment al sistema triple. Això forma un sistema quíntuple el diagrama mòbil del qual seria el diagrama del nivell 4 que apareix a (f).;
També són possibles jerarquies superiors. La majoria d'aquestes jerarquies superiors són estables o pateixen pertorbacions internes. Altres consideren que les estrelles múltiples complexes amb el temps es desintegraran teòricament en estrelles múltiples menys complexes, com són possibles triples o quàdruples observats més comuns.
Trapezis Els trapezis solen ser sistemes molt joves i inestables. Es creu que es formen en núvols estel·lars i es fragmenten ràpidament en múltiples estrelles estables, que en el procés poden expulsar components com a estrelles galàctiques d'alta velocitat. Reben el nom del sistema estel·lar múltiple conegut com a Cúmul del Trapezi al cor de la Nebulosa d'Orió. Aquests sistemes no són rars i solen aparèixer a prop o dins de nebuloses brillants. Aquestes estrelles no tenen una disposició jeràrquica estàndard, però competeixen per òrbites estables. Aquesta relació s'anomena interacció. Aquestes estrelles finalment s'estableixen en un binari proper amb un company llunyà, amb les altres estrelles anteriors del sistema expulsades a l'espai interestel·lar a altes velocitats. Aquesta dinàmica pot explicar les estrelles fugitives que podrien haver estat expulsades durant una col·lisió de dos grups d'estrelles binàries o un sistema múltiple. A aquest esdeveniment se li atribueix l'expulsió d'AE Aurigae, Mu Columbae i 53 Arietis a més de 200 km·s−1 i s'ha localitzat fins al cúmul de Trapezi a la nebulosa d'Orió fa uns dos milions d'anys.
Denominacions i nomenclatura Designacions d'estrelles múltiples Els components de múltiples estrelles es poden especificar afegint els sufixos A, B, C, etc., a la designació del sistema. Els sufixos com AB es poden utilitzar per indicar la parella formada per A i B. La seqüència de lletres B, C, etc. es pot assignar per ordre de separació del component A. Als components descoberts a prop d'un component ja conegut se'ls pot assignar sufixos com Aa, Ba, etc.
Nomenclatura al Catàleg d'estrelles múltiples miniatura|Notació del subsistema al catàleg d'estrelles múltiples de Tokovinin El Catàleg d'estrelles múltiples d'A. A. Tokovinin utilitza un sistema en què cada subsistema d'un diagrama mòbil està codificat per una seqüència de dígits. En el diagrama mòbil (d) anterior, per exemple, el sistema més ample tindria el número 1, mentre que el subsistema que conté el seu component primari es numeraria amb 11 i el subsistema que conté el seu component secundari es numeraria amb 12. Els subsistemes que apareixeran a continuació això al diagrama mòbil se li donarà números amb tres, quatre o més dígits. Quan es descriu un sistema no jeràrquic amb aquest mètode, s'utilitzarà el mateix número de subsistema més d'una vegada; per exemple, un sistema amb tres components visuals, A, B i C, dos dels quals no es poden agrupar en un subsistema, tindria dos subsistemes numerats 1 que denoten els dos binaris AB i AC. En aquest cas, si B i C es resolguessin posteriorment en binaris, se'ls donaria els números de subsistema 12 i 13.
Nomenclatura futura de sistemes estel·lars múltiples La nomenclatura actual d'estrelles dobles i múltiples pot causar confusió, ja que les estrelles binàries descobertes de diferents maneres reben designacions diferents (per exemple, designacions descobridores per a estrelles binàries visuals i designacions d'estrelles variables per a estrelles binàries eclipsants) i, pitjor encara, les lletres dels components poden ser assignats de manera diferent per diferents autors, de manera que, per exemple, la A d'una persona pot ser la C d'una altra. La discussió que va començar el 1999 va donar lloc a quatre esquemes proposats per abordar aquest problema: KoMa, un esquema jeràrquic que utilitza lletres majúscules i minúscules i numeració aràbiga i romana; El Mètode de designació Urban/Corbin, un esquema numèric jeràrquic similar al sistema de Classificació Decimal de Dewey; El Mètode de designació seqüencial, un esquema no jeràrquic en què els components i subsistemes s'assignen números per ordre de descobriment; i