ดาวคู่: วิธีชั่งน้ำหนักดาวฤกษ์

ในปี ค.ศ. 1803 วิลเลียม เฮอร์เชล พบว่าดาวคู่บางคู่ที่เขาเฝ้าดูมาหลายปีโคจรรอบกันจริง ไม่ใช่แค่บังเอิญอยู่ในทิศเดียวกัน นี่เป็นหลักฐานแรกว่ากฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันใช้ได้นอกระบบสุริยะด้วย

ดาวคู่แบบต่าง ๆ ตามวิธีที่เราเห็น

• ดาวคู่ที่เห็นด้วยกล้อง แยกเป็นสองดวงได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ และเห็นตำแหน่งเปลี่ยนไปตามเวลา มักมีคาบยาวหลายปีถึงหลายร้อยปี
• ดาวคู่ทางสเปกตรัม อยู่ใกล้กันเกินกว่าจะแยกได้ แต่เส้นสเปกตรัมเลื่อนไปมาเป็นจังหวะตามปรากฏการณ์ดอปเพลอร์
• ดาวคู่แบบอุปราคา ระนาบวงโคจรเกือบอยู่ในแนวสายตาเรา ดาวบังกันเป็นระยะ ความสว่างรวมลดลงเป็นจังหวะ เช่น ดาวอัลกอลในกลุ่มดาวเพอร์ซีอุส ซึ่งหรี่ลงทุก 2.87 วัน
• ดาวคู่ทางตำแหน่ง เห็นดาวเพียงดวงเดียว แต่มันส่ายไปมาเพราะถูกดาวคู่ที่มองไม่เห็นดึง ดาวซิริอุสถูกพบว่ามีดาวคู่แบบนี้ก่อนจะมองเห็นดาวแคระขาวซิริอุสบีได้จริง

ชั่งมวลดาวฤกษ์

ถ้ารู้คาบ P และระยะกึ่งแกนเอก a ของวงโคจรสัมพัทธ์ กฎข้อที่สามของเคปเลอร์ให้มวลรวมของดาวทั้งสองได้ทันที เช่น ดาวคู่ที่ห่างกัน 1 หน่วยดาราศาสตร์และโคจรรอบกันครบรอบใน 1 ปี มีมวลรวมเท่าดวงอาทิตย์หนึ่งดวง

และเพราะดาวทั้งสองโคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วม ดาวที่หนักกว่าจะอยู่ใกล้จุดศูนย์กลางมวลมากกว่าและเคลื่อนที่ช้ากว่า อัตราส่วนของระยะ (หรือความเร็ว) จึงให้อัตราส่วนมวล

รวมสองสมการสองข้อมูลนี้ก็ได้มวลของแต่ละดวง ความสัมพันธ์ระหว่างมวลกับกำลังส่องสว่างของดาวในแถบลำดับหลักได้มาจากการวัดดาวคู่แบบนี้

เมื่อดาวอยู่ใกล้กันมาก

รอบดาวแต่ละดวงในระบบดาวคู่มีขอบเขตรูปหยดน้ำที่เรียกว่ากลีบโรช ภายในนั้นสสารถูกดาวดวงนั้นยึดไว้ ถ้าดาวดวงหนึ่งพองตัวจนล้นกลีบโรชของตัวเอง (เช่น เมื่อกลายเป็นดาวยักษ์) สสารจะไหลข้ามไปยังดาวอีกดวง การถ่ายเทมวลนี้เปลี่ยนวิวัฒนาการของดาวทั้งคู่ และเป็นต้นเหตุของปรากฏการณ์มากมาย

• โนวา ไฮโดรเจนจากดาวคู่สะสมบนผิวดาวแคระขาวจนจุดระเบิดเป็นครั้งคราว
• ซูเปอร์โนวาประเภท Ia ดาวแคระขาวได้มวลเพิ่มจนถึงขีดจำกัดจันทรเศขร
• ดาวคู่รังสีเอกซ์ ดาวนิวตรอนหรือหลุมดำดึงแก๊สจากดาวคู่จนเกิดจานพอกพูนมวลที่ร้อนจัด
• การชนกันของดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ระบบดาวคู่มวลมากที่ทั้งสองดวงจบชีวิตเป็นวัตถุอัดแน่น ค่อย ๆ หมุนเข้าหากันจนชนและปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง