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¿Contiene el espacio de moduli de las curvas suaves de género g una curva elíptica

Dejemos que $M_g$ sea el espacio de módulos de las curvas lisas proyectivas geométricamente conectadas sobre un campo $k$ con $g\geq 2$ . Tenga en cuenta que $M_g$ no está completa.

En $M_g$ contienen una curva elíptica?

La respuesta es no si $g=2$ . De hecho, $M_2$ no contiene ninguna curva completa.

Obsérvese que se pueden construir curvas completas situadas en $M_g$ para $g\geq 3$ . Se conocen construcciones explícitas.

Probablemente para $g>>0$ y $k$ cerrado algebraicamente, la respuesta es sí.

¿Y si $k$ ¿es un campo numérico?

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Alphager Puntos 723

La forma más fácil (que conozco) de ver que no hay mapas holomorfos no constantes desde una curva elíptica completa $E$ a la pila $M_g$ es observar que dicho mapa $f$ se elevaría a un mapa holomórfico de las cubiertas universales $\tilde{f}: {\mathbb C} \to T_g$ , donde $T_g$ es el espacio de Teichmuller. Este último es un dominio acotado en ${\mathbb C}^{3g-3}$ por lo que el teorema de Liouville implica que $f$ es constante.

Edición: Utilizando la construcción de Kodaira de curvas completas en espacios de moduli (a través de coberturas ramificadas de productos de curvas) se pueden construir mapas de curvas elípticas $E$ al espacio de moduli grueso (de gran género) que son genéricamente 1-1, es decir, 1-1 lejos de un subconjunto finito de $E$ . Con más trabajo probablemente se puedan obtener también mapas inyectivos, pero no veo suficiente motivación para ello.

21voto

Heather Puntos 11

Consideremos primero el caso en que $M_g$ es la pila:

En $\mathbb C$ esto es una consecuencia del teorema de Torelli: Un mapa de una curva racional o elíptica a $M_g$ es lo mismo que una familia suave sobre esa curva. Entonces, si se considera el mapa del período se obtiene un mapa desde la misma curva al espacio de parámetros de las estructuras de Hodge. Sin embargo, éste es hiperbólico, por lo que cualquier mapa holomorfo desde $\mathbb C$ es trivial. Por lo tanto las estructuras de Hodge de las fibras son las mismas, pero entonces Torelli dice que entonces las curvas son también las mismas, por lo que el mapa a módulos es trivial. (De hecho esta prueba muestra que incluso una curva racional menos $2$ los puntos tampoco pueden mapearse allí).

En realidad, es mucho más cierto: La misma afirmación es válida si sustituimos $M_g$ con $M_h$ la pila de módulos de las variedades proyectivas lisas canónicamente polarizadas con el polinomio de Hilbert $h$ . (Para $\deg h=1$ se devuelve el correspondiente $M_g$ ). Torelli ya no es cierto, pero la afirmación deseada sí lo es: No hay mapas no triviales desde una curva elíptica o una curva racional menos $2$ puntos. Esto se demuestra en Hiperbolicidad algebraica de los espacios de moduli finos J. Algebraic Geom. 9 (2000), nº 1, 165-174.

Entonces cabe preguntarse si se podría decir algo de las bases dimensionales superiores. La generalización directa de la pregunta original sería sustituir una curva elíptica por una variedad abeliana. La misma afirmación es válida, (de hecho un poco más que eso es) demostrada en Familias sobre una base con un haz tangente nef bipolar Mathematische Annalen, 1997, Volumen 308, Número 2, Páginas 347-359

Si se quiere generalizar más, es decir, incluir el caso de las curvas racionales menos dos puntos, una posibilidad es

La conjetura de Viehweg (en términos generales)
Cualquier variedad cuasi-proyectiva que admita un morfismo genéricamente finito a $M_h$ es de tipo log general.

Aquí tipo de registro general significa que si $X$ es la variedad en cuestión y $\overline X$ es una variedad proyectiva tal que $X\subseteq \overline X$ es un subconjunto abierto y $D=\overline X\setminus X$ es un divisor, entonces $\omega_{\overline X}(D)$ es grande (=tiene la máxima dimensión de Kodaira).

Si no ha visto esto antes, compruebe que las curvas de tipo general log son: Cualquier subconjunto abierto de una curva de género al menos $2$ cualquier subconjunto abierto adecuado de una curva elíptica y cualquier subconjunto abierto de una curva racional al que le falte al menos $3$ puntos. En otras palabras, las únicas curvas de tipo general no logarítmico son las curvas elípticas (proyectivas) y las curvas racionales que faltan como máximo $2$ puntos. En otras palabras, la conjetura de Viehweg para $M_g$ es sólo la primera afirmación anterior.

La conjetura de Viehweg se conoce actualmente para las variedades de base propia por Familias de variedades de tipo general sobre bases compactas , Advances in Mathematics, Volume 218, Issue 3, 20 June 2008, Pages 649-652 y La conjetura de hiperbolicidad de Viehweg es cierta en bases compactas , Advances in Mathematics, Volume 229, Issue 3, 15 February 2012, Pages 1640-1642 y más (hasta) $3$ -bases dimensionales en general por La estructura de las superficies y de los tres pliegues que mapean a la pila de moduli de las variedades canónicamente polarizadas , Duke Math. J. Volumen 155, Número 1 (2010), 1-33. .

En cuanto al espacio grueso, probablemente sea más bien una curiosidad, pero sigue pareciendo interesante. Oort demostró que el espacio grueso de $M_g$ contiene realmente curvas racionales. Tal vez se pueda adaptar su prueba para demostrar lo mismo para una curva elíptica. (La idea principal es construir una familia sobre una curva con un mapa dado a $\mathbb P^1$ tal que las fibras sobre los puntos que mapean al mismo punto en $\mathbb P^1$ son isomorfos, por lo que el mapa de módulos es un factor a través del mapa a $\mathbb P^1$ ).

Y luego hay muchos resultados relativos a la cuestión de qué tipo de subvariedades completas podrían $M_g$ tener. ¿O qué pasa con las subvariedades completas a través de un punto general? Hay varios resultados en esta dirección, pero ya estoy divagando....

Nota: todo lo anterior es válido sobre un campo algebraicamente cerrado de característica $0$ . En la característica $p$ todo tipo de cosas raras, así que yo esperaría que probablemente la mayoría de esto falle.

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@Sandor: El mismo argumento del espacio de Teichmuller que di para las curvas elípticas sirve para la línea proyectiva compleja dos veces punteada.

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@Misha: Sí, por supuesto.

19voto

Neil Williams Puntos 6446

Si $C$ es una curva suave de género $g$ y $f:C\to M_g$ es un morfismo no constante hacia la pila, entonces el espacio total de la familia inducida de curvas $S\to C$ es una superficie lisa y el manifold orientado subyacente tiene firma no trivial: está dada por un múltiplo del pullback de la primera clase de Chern del haz de Hodge en $M_g$ que es una clase amplia. Por otra parte, si un manifold de 4 dimensiones es un haz de superficies de Riemann sobre un toro o una esfera, entonces su signatura debe ser cero. Por lo tanto, no hay mapas no constantes de una curva elíptica a la pila $M_g$ . La cuestión de cuál es la curva de género más pequeña que mapea de forma no trivial a $M_g$ se aborda en un documento que escribí con Ron Donagi hace unos 10 años: http://arxiv.org/pdf/math.AG/0105203.pdf

Supongo que existe un mapa no constante de una curva elíptica $C$ a la espacio grueso de $M_g$ pero el mapa sólo provendría de una familia de curvas tras pasar a una cubierta finita (ramificada) de $C$ . Creo que algunos de los ejemplos construidos en el documento anterior son de hecho de esta forma. Puedo pensar más en ello si conocer la respuesta para el espacio grueso es importante para ti (pero realmente, ¿por qué estarías interesado en el espacio grueso? :-) ).

Edición: Estoy asumiendo que el campo base es $\mathbb{C}$ en la respuesta anterior. No sé la respuesta para otros campos.

5 votos

Jim me encanta esto: "¿por qué te interesaría el espacio basto?".

3 votos

Me acaba de señalar un amigo que si estás estudiando el programa MMP para $M_g$ (lo que sin duda es un esfuerzo interesante), entonces te interesa más la geometría del espacio grueso. Así que quizá tenga que retractarme de mi comentario frívolo.

1 votos

Jim, si he entendido bien sus charlas, tu antiguo resultado acaba de ser utilizado por Donagi y Witten para demostrar que el espacio de moduli de las superficies de super-Riemann no se divide -- lo que significa que la propia teoría de perturbaciones de supercuerdas necesita ser "revisitada".

14voto

Heather Puntos 11

He aquí cómo la versión de campo de funciones de la conjetura de Shafarevich (=Teorema de Arakelov-Parshin) implica que no hay curvas elípticas o (como mucho) curvas racionales dos veces punteadas en $M_g$ :
(Véase el comentario de Noam a la respuesta de Felipe)

Supongamos que existe una familia suave no isotrivial $f:X\to C$ de curvas de género $g$ para algunos fijos $g>1$ parametrizado por una curva $C$ . Llama a esa familia admisible , dejemos que $m\in\mathbb N$ fijo y considerar el conjunto de números $$ D_m=\left\{ \deg (f_*\omega_{X/C}^m) \mid f \text{ is an admissible family } \right\} $$

Por la conjetura de Shafarevich (=Teorema de Arakelov-Parshin) este conjunto es finito y por lo tanto acotado para cualquier $m$ . Por otra parte, es bien sabido que para $m\gg 0$ el haz de líneas $\det (f_*\omega_{X/C}^m)$ es amplia, pero sólo necesitamos que no sea trivial y, por tanto, que tenga un grado distinto de cero.

Supongamos ahora que $C$ admite un endomorfismo de grado $>1$ , digamos que $\sigma:C\to C$ . Entonces el cambio de base $f_\sigma:X_\sigma\to C$ de cualquier familia admisible $f:X\to C$ sigue siendo admisible, pero $$ \deg ({f_\sigma}_*\omega_{X_\sigma/C}^m) = \deg\sigma \cdot \deg (f_*\omega_{X/C}^m), $$ lo que significa que si no está vacío, entonces $D_m$ no puede ser acotado, por lo tanto si $C$ admite tal endomorfismo, entonces $D_m$ tiene que estar vacío.

Si $C$ es una curva elíptica, o una curva racional menos (a lo sumo) dos puntos, entonces admite un endomorfismo de este tipo, por lo que no pueden parametrizar familias suaves no isotriviales de curvas de género $>1$ .


Nota:
La acotación de (el conjunto análogo en dimensión arbitraria) $D_m$ a veces se llama limitación débil . El argumento anterior muestra que La "limitación débil" implica la "hiperbolicidad". Esta afirmación, en una forma algo más general, está contenida en Thm 0.8/0.9 de Teoremas de fuga logarítmica y acotación de Arakelov-Parshin para variedades singulares. Compositio Math. 131 (2002), no. 3, 291-317

5voto

Si $g \geq 2$ y quieres un mapa de la curva elíptica a la pila $M_g$ (a diferencia del espacio de moduli grueso), entonces creo que el mapa tiene que ser constante, sólo por motivos de curvatura.

1 votos

¿Importa si consideramos la pila o el espacio de moduli grueso? Me interesa saber la respuesta en ambos casos. ¿Podría explicar a qué se refiere con "por motivos de curvatura"?

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@Francesco: Aquí está el argumento de la "curvatura" que @anon probablemente tenía en mente (estoy asumiendo que la curva elíptica $E$ se incrusta suavemente en la pila Mg). Equipamos Mg con la métrica de Weil-Petersson K\"ahler $d_{WP}$ tiene curvatura seccional negativa. Dado que $E$ es una curva holomorfa, también es una superficie mínima (por desigualdad de Wirtinger), por lo tanto, la restricción de $d_{WP}$ a $E$ tiene una curvatura menor que $d_{WP}$ Así, el toroide $E$ tiene una métrica riemanniana de curvatura negativa. Esto contradice, por ejemplo, la fórmula de Gauss-Bonnet.

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