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En astronomía, el término sistema binario se utiliza para referirse a dos objetos astronómicos que se encuentran tan próximos entre sí que están ligados por su fuerza gravitatoria, orbitando alrededor de un centro de masas común.
Normalmente el término se utiliza para referirse a dos estrellas; en este caso el sistema recibe el nombre de estrella binaria. Sin embargo, el término puede aplicarse a un sistema formado por un planeta y un satélite natural, siempre y cuando este último sea excepcionalmente grande en comparación con el planeta. Otros tipos de sistemas binarios pueden ser dos asteroides de tamaño similar, dos estrellas de neutrones, o también dos objetos de distinta clase, como una estrella y un planeta, o una estrella y una estrella de neutrones.