Quaternionische Kähler-Mannigfaltigkeit

In der Mathematik sind quaternionische Kähler-Mannigfaltigkeiten ein Forschungsgebiet der Differentialgeometrie.

Definition

Eine zusammenhängende, orientierbare Riemannsche Mannigfaltigkeit der Dimension ${\displaystyle 4n}$ ist eine quaternionische Kähler-Mannigfaltigkeit, wenn ihre Holonomiegruppe in ${\displaystyle \operatorname {Sp} (n)\operatorname {Sp} (1)}$ enthalten ist. Im Fall ${\displaystyle n=1}$ verlangt man zusätzlich noch, dass es sich um eine selbstduale Einstein-Mannigfaltigkeit handelt.

Hierbei bezeichnet ${\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}$ die (kompakte) symplektische Gruppe und ${\displaystyle \operatorname {Sp} (n)\operatorname {Sp} (1)}$ wirkt auf ${\displaystyle \mathbb {H} ^{n}=\mathbb {R} ^{4n}}$ durch Linksmultiplikation von ${\displaystyle \operatorname {Sp} (n)}$ und Rechtsmultiplikation (als Diagonalmatrizen) von ${\displaystyle \operatorname {Sp} (1)}$, wodurch ${\displaystyle \operatorname {Sp} (n)\operatorname {Sp} (1)}$ als Untergruppe von ${\displaystyle \operatorname {GL} (4n,\mathbb {R} )}$ aufgefasst wird.

Eine quaternionische Kähler-Mannigfaltigkeit heißt positiv bzw. negativ, wenn die Riemannsche Metrik vollständig ist und positive bzw. negative Skalarkrümmung hat.

Eigenschaften

• Eine quaternionische Kähler-Mannigfaltigkeit ist genau dann hyperkähler, wenn ihre Skalarkrümmung verschwindet.

• Jede positive quaternionische Kähler-Mannigfaltigkeit ist kompakt und einfach zusammenhängend.

• Die einzige quaternionische Kähler-Mannigfaltigkeit mit positiver Schnittkrümmung ist der quaternionische projektive Raum.

Alle bekannten Beispiele positiver quaternionischer Kähler-Mannigfaltigkeiten sind Wolf-Räume; Die LeBrun-Salamon-Vermutung besagt, dass alle positiven quaternionischen Kähler-Mannigfaltigkeiten symmetrische Räume und damit (nach der Klassifikation symmetrischer Räume) insbesondere Wolf-Räume sind. (Für n=1 wurde die Vermutung von Hitchin und für n=2 von Poon-Salamon bewiesen.)

Twistorraum

Zu jeder quaternionischen Kähler-Mannigfaltigkeit assoziiert man einen sogenannten „Twistorraum“ wie folgt. ${\displaystyle \operatorname {Sp} (n)\operatorname {Sp} (1)}$ wird von ${\displaystyle \operatorname {Sp} (n)\times \operatorname {Sp} (1)}$ zweifach überlagert und lokal lässt sich das ${\displaystyle \operatorname {Sp} (n)\operatorname {Sp} (1)}$-Bündel zu einem ${\displaystyle \operatorname {Sp} (n)\times \operatorname {Sp} (1)}$-Bündel heben. Die ${\displaystyle \operatorname {Sp} (1)}$-Wirkung auf ${\displaystyle \mathbb {H} ^{1}=\mathbb {C} ^{2}}$ kann man dann benutzen, um lokal ein assoziiertes quaternionisches Linienbündel ${\displaystyle H}$ zu definieren. Auch wenn dieses nicht global definiert sein muss, ist jedenfalls seine komplexe Projektivisierung global definiert und man erhält ein Bündel

${\displaystyle \mathbb {C} P^{1}\to P_{\mathbb {C} }(H)\to M}$.

Der Raum ${\displaystyle Z:=P_{\mathbb {C} }(H)}$ wird als Twistorraum der quaternionischen Kählermannigfaltigkeit ${\displaystyle M}$ bezeichnet.

Beispiel: Der Twistorraum des quaternionischen projektiven Raumes ${\displaystyle \mathbb {H} P^{n}}$ ist der komplexe projektive Raum ${\displaystyle \mathbb {C} P^{2n+1}}$ und das Bündel

${\displaystyle \mathbb {C} P^{1}\to \mathbb {C} P^{2n+1}\to \mathbb {H} P^{n}}$

ist die kanonische Projektionsabbildung.

Satz (LeBrun-Salamon): Der Twistorraum einer positiven quaternionischen Kähler-Mannigfaltigkeit ist eine Fano-Kontaktmannigfaltigkeit, außerdem kompakt, einfach zusammenhängend, Kählersch und Einsteinsch.

Weiterhin ist eine positive quaternionische Kähler-Mannigfaltigkeit genau dann ein symmetrischer Raum, wenn ihr Twistorraum ein (unter biholomorphen Abbildungen) homogener Raum ist.

Literatur

• Salamon, Simon: Quaternionic Kähler manifolds. Invent. Math. 67 (1982), no. 1, 143–171.
• Poon, Y. S.; Salamon, S. M.: Quaternionic Kähler 8-manifolds with positive scalar curvature. J. Differential Geom. 33 (1991), no. 2, 363–378.
• LeBrun, Claude; Salamon, Simon: Strong rigidity of positive quaternion-Kähler manifolds. Invent. Math. 118 (1994), no. 1, 109–132.
• Salamon, Simon: Quaternionic Kähler Geometry. Proceedings of the University of Cambridge VI, 1999, 83–121.