Вам нужна единая точка входа-выхода (Single Sign-On). Можно тогда использовать одно и то же приложение Facebook. Вставьте Iframe авторизации в шапку сайта.
И погуглите на тему общих сессий для разных доменов. Если это PHP, можете перенести авторизационные данные, например, в MongoDB.
