Что у меня сломалось?
Здесь ты просто присваиваешь элемент массиву, а не запускаешь сессию. 
Я точно так же могу наполнить например $_POST массив вообще не отправляя никаких запросов.
UPD: пожалуй, правильнее всего проверять сессию при помощи session_status().

Ошибка не выдается, потому что создать массив с именем $_SESSION - вполне легальная операция :)

Сделайте echo ini_get('session.auto_start');

А еще проверьте что возвращает session_id()